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Projet de Fin d’Etudes FRECHARD Romuald | GCE 5

Etude : Modéliser les équipements thermiques d’une usine agroalimentaire type.

Mai 2013

Spécialité Génie Climatique et Energétique

5ème année de formation

Projet de Fin d’Etudes

SYNTHESE

Etude : Modéliser les équipements thermiques usuels d’une usine agroalimentaire type

Elève : Romuald Fréchard

Tuteur : Flavien Verjat

Tuteur institutionnel : Alain Triboix

Entreprise : EcoGreenEnergy

Dates du PFE : 28 janvier au 14 juin 2013 Mai 2013

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Fiche d’objectifs

Mission :

EcoGreenEnergy est une entreprise innovante spécialisée dans le diagnostic énergétique, la

conception et la mise en œuvre d’installations visant à réduire les consommations thermiques

des procédés industriels.

Dans le cadre d’une méthode de gestion de l’énergie responsable et en amélioration continue,

EcoGreenEnergy souhaite proposer à ses clients un outil permettant de simuler différents

scénarii de conduite de leur chaîne énergétique, en fonction de différents paramètres ajustables

ou fatals, et d’en adopter le meilleur.

La mission consiste à identifier les différents équipements énergétiques essentiels, de proposer

une modélisation standardisée de leur fonctionnement afin de pouvoir les appliquer facilement

pour toutes les usines. Ainsi par liaison de ces modèles d’équipements énergétiques, un modèle

de résolution pourra être appliqué afin de simuler un régime de fonctionnement en fonction des

paramètres du jour. L’étude pourra aboutir sur la recherche d’une méthode d’optimisation

automatique de la gestion énergétique, et à son intégration logicielle.

Objectifs :

Identifier les équipements thermiques usuels des industries types diagnostiquées par

l’entreprise EcoGreenEnergy

Caractériser chacun de ces équipements : Technologies, Principes de fonctionnement,

Formules régissant le fonctionnement, …

Modéliser chaque équipement sous Excel via macros, VBA, solveur, …

Créer une bibliothèque de modèles d’équipements thermiques usuels d’une usine

agroalimentaire type

Pouvoir simuler un process industriel par liaisons entre les différents équipements, pour

un régime de fonctionnement donné

Permettre à EcoGreenEnergy de composer le procédé industriel d’une usine cliente à

l’aide de l’outil

Permettre au client de paramétrer au jour le jour la modélisation de son procédé

industriel pour en déduire le pilotage de l’installation le plus efficient.

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Remerciements

M. VERJAT Flavien : Ingénieur énergéticien et tuteur de ce

projet

M. TRIBOIX Alain : Tuteur institutionnel de ce projet de fin

d’études

M. RUMP Freddy : Directeur technique et directeur du secteur

« Recherche et Développement »

Mlle AUBERT Amandine : Directrice générale

Toute l’équipe de la société EcoGreenEnergy

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Résumé

Sujet : Modéliser les équipements thermiques

usuels d’une usine agroalimentaire type

EcoGreenEnergy est une entreprise innovante

spécialisée dans le diagnostic énergétique, la

conception et la mise en œuvre d’installations

visant à réduire les consommations

thermiques des procédés industriels.

Dans le cadre d’une méthode de gestion de

l’énergie responsable et en amélioration

continue, EcoGreenEnergy souhaite proposer

à ses clients un outil permettant de simuler

différents scénarii de conduite de leur chaîne

énergétique, en fonction de différents

paramètres ajustables ou fatals, et d’en

adopter le meilleur.

La mission consiste à identifier les différents

équipements énergétiques essentiels, de

proposer une modélisation standardisée de

leur fonctionnement afin de pouvoir les

appliquer facilement pour toutes les usines.

Ainsi par liaison de ces modèles

d’équipements énergétiques, un modèle de

résolution pourra être appliqué afin de

simuler un régime de fonctionnement en

fonction des paramètres du jour. L’étude

pourra aboutir sur la recherche d’une

méthode d’optimisation automatique de la

gestion énergétique, et à son intégration

logicielle.

Subject: Modeling common thermal

equipment used in the food-processing

industry

EcoGreenEnergy is an innovative company

performing energy diagnosis, elaborating and

installing solutions reducing the energy

consumptions of industrial processes

In the spirit of a responsible use of energy in a

continuous improvement, EcoGreenEnergy

would like to propose to give their customers

a software able to simulate different

functioning scenarios of their energy chain,

depending on variable inputs in order to

optimize their process.

This project consists in identifying common

thermal equipment used in the food-

processing industry and designing its

functioning in order to be able to be used in

every factory. Thus by linking these different

computational models, a solving system will

be applied to simulate a functioning process

depending on the parameters of the day. This

project could lead on a research about an

automatic method of optimizing the use of

energy and integrating it in the software.

Mots clés : EcoGreenEnergy, modélisation,

agroalimentaire, logiciel, thermique, énergie,

VBA, équipement, chaudière, échangeur, turbine

vapeur, pompe, ventilateur, tour de

refroidissement, séchoir, colonne de distillation,

concentrateur, dégazeur thermique

Key words : EcoGreenEnergy, model, food-

processing, software, heat, energy, VBA,

equipment, boiler, heat exchanger, steam

turbine, pump, fan, cooling tower, dryer,

distillation column, concentrator, deaerator

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Sommaire

PRESENTATION DU PROJET ...................................................................................................................... 3

A ) CONTEXTE ..................................................................................................................................................... 3

B ) LES ETAPES DU PROJET ..................................................................................................................................... 3

C ) LE PLANNING .................................................................................................................................................. 4

LES EQUIPEMENTS SELECTIONNES ET LEUR MODELISATION .................................................................... 5

A ) PREMICES ...................................................................................................................................................... 5

B ) CARACTERISTIQUES DE L’AIR HUMIDE .................................................................................................................. 7

C ) LA POMPE ..................................................................................................................................................... 8

D ) LE VENTILATEUR ........................................................................................................................................... 11

E ) LA CHAUDIERE .............................................................................................................................................. 13

F ) L’ECHANGEUR DE CHALEUR ............................................................................................................................. 16

G ) LA TOUR AEROREFRIGERANTE : ........................................................................................................................ 21

H ) LA TURBINE VAPEUR ...................................................................................................................................... 24

I ) LE SECHOIR .................................................................................................................................................. 26

J ) LE CONCENTRATEUR ...................................................................................................................................... 29

K ) LE DEGAZEUR THERMIQUE............................................................................................................................... 32

L ) LA COLONNE DE DISTILLATION .......................................................................................................................... 35

LE LOGICIEL IEMT (INTERACTIVE ENERGY MAPPING TOOL) .................................................................... 41

CONCLUSION .......................................................................................................................................... 42

BIBLIOGRAPHIE ...................................................................................................................................... 43

SOMMAIRE DES FIGURES ....................................................................................................................... 45

SOMMAIRE DES ANNEXES ...................................................................................................................... 46

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Présentation du projet

A ) Contexte

EcoGreenEnergy est une entreprise spécialisée dans le diagnostic énergétique, la conception et la

mise en œuvre d’installations visant à réduire les consommations en énergie thermique des procédés

industriels. Ainsi, dans une constante amélioration des solutions qu’elle met en œuvre,

EcoGreenEnergy développe un logiciel informatique capable de modéliser n’importe quelle chaîne

énergétique pour ses usines auditées. Ce logiciel est baptisé IEMT (Interactive Energy Mapping Tool).

Pour chaque usine auditée, l’équipe d’EcoGreenEnergy pourrait modéliser le process industriel via le

logiciel IEMT et s’en servirait pour proposer des solutions d’économie d’énergie. Cette modélisation

serait ensuite fournie au client afin qu’il y intègre au jour le jour les caractéristiques variables de son

installation et qu’il en déduise ainsi le pilotage le plus efficient.

Ce logiciel doit donc intégrer le prix des énergies afin que le client puisse piloter son installation de

manière la plus économique possible. L’expérience d’EcoGreenEnergy montre que la plupart des

entreprises pilotent leur installation « historiquement », c'est-à-dire avec des paramètres habituels

qui assurent le bon fonctionnement mais pas ou peu optimisés énergétiquement.

B ) Les étapes du projet

Ses principaux clients étant des usines agroalimentaires, ce bureau d’étude retrouve toujours plus ou

moins les mêmes équipements consommateurs d’énergie thermique lors de ses audits. Ainsi, la

première étape de ce projet fut de repérer et lister ces équipements. Cependant chaque usine est

différente des autres et intègre souvent des équipements propres à son procédé de fabrication que

l’on ne retrouve pas dans d’autres usines. Il a donc fallu retenir les équipements les plus récurrents

et jugés les plus importants par EcoGreenEnergy.

La seconde étape a consisté en la recherche de fonctionnement de chaque équipement. Il a donc

fallu rechercher pour chaque équipement les différentes technologies proposées sur le marché, ses

caractéristiques techniques dont l’équipe d’EcoGreenEnergy disposera pour caractériser l’appareil

qu’elle voudra modéliser, et surtout les équations régissant son fonctionnement.

La troisième étape a porté sur la modélisation de chaque équipement. Pour se faire, c’est le logiciel

Excel qui a été privilégié et la programmation sous Visual Basic for Applications (VBA), car ce dernier

est aisément accessible pour un élève ingénieur, il permet l’utilisation de modules complémentaires

tel que REFPROP et enfin il est compréhensible pour n’importe quel ingénieur, ce qui est pratique

pour l’équipe d’EcoGreenEnergy. Ainsi, pour chaque équipement, un fichier Excel a été créé afin de

modéliser son fonctionnement. La base de calcul ainsi crée en code VBA pourra être traduite par un

informaticien pour son intégration logicielle. Une piste possible serait d’utiliser le logiciel Microsoft

Visio qui s’appuie également sur un langage VBA et qui est à la base un logiciel dédié à l’élaboration

de schémas professionnels. L’idée serait donc d’utiliser ce logiciel pour créer le schéma de la chaîne

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énergétique étudiée pour mettre en interaction les différents modèles crées dans le cadre de ce

projet et ainsi modéliser un process.

C ) Le planning

Le projet a duré 20 semaines, il était donc nécessaire de faire un planning préalable afin de respecter

le délai imposé. Bien sûr, le planning proposé au départ a été sujet à changement au fil du temps, et

a évolué jusqu’à devenir celui-ci :

Figure 1 : Planning du Projet de Fin d'Etudes

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Les équipements sélectionnés et leur modélisation

A ) Prémices

1 ) Présentation de REFPROP

REFPROP (Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties Database) est un logiciel

développé par le NIST (National Institute of Standards and Technology) à Boulder dans le Colorado

aux Etats-Unis. Il s’agit d’un programme qui ne contient pas d’informations expérimentales, excepté

le point critique et triple des fluides pures. Le programme utilise des équations de

thermodynamiques et de propriété de transport pour calculer les caractéristiques de l’état des

fluides et mélanges. Ces équations sont les plus précises connues à ce jour.

EcoGreenEnergy possède une version de ce logicielle sous Excel et peut connaître un large choix de

propriétés d’un fluide ou d’un mélange dans un simple tableur Excel. Par exemple, pour un fluide ou

un mélange donné, on peut connaître les propriétés suivantes :

- Température

- Pression

- Masse volumique

- Facteur de compressibilité

- Masse volumique du liquide

- Masse volumique de la vapeur

- Volume massique

- Enthalpie

- Entropie

- Chaleur massique à volume constant Cv

- Chaleur massique à pression constante Cp

- Vitesse du son dans le mélange

- Chaleur latente de vaporisation

- …

En tout, il y a 39 propriétés calculables à partir de deux paramètres. Pour en connaître une, il suffit

d’entrer la formule suivante dans une cellule d’Excel :

Propriété(« fluide » ; « Propriétés connues » ; « Types d’unités » ; « Propriété connue 1 » ;

« Propriété connue 2 ») avec :

- Propriété : nom de la propriété que l’on souhaite connaître (exemple : Enthalpy(), Cp(),

Temperature(), …)

- Fluide : Nom du fluide dont on souhaite connaître la propriété. REFPROP répertorie 139

fluides différents.

- Propriétés connues : Moyen pour REFPROP de connaître les propriétés du fluide que l’on

connaît pour qu’il puisse en déduire celle que l’on demande. (exemple : on connait la

température et la pression, la syntaxe sera « TP »)

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- Types d’unités : différentes unités sont disponibles. (exemple pour la température, choix

entre le degré Kelvin et le degré Celsius)

- Propriété connue 1 : Une des deux propriétés du fluide que l’on connait

- Propriété connue 2 : Deuxième propriété du fluide que l’on connait

Exemple : on désire connaître l’enthalpie de l’eau à une température de 20°C et sous une pression de

1 bar, on sélectionne donc une cellule Excel et on tape :

=Enthalpy (« Water »; « TP »; « SI with C »; « 20 »; « 0,1 »)

Ainsi, la cellule nous donnera la valeur: 84,0060538229026 kJ.kg-1

Dans le type d’unité “SI with C”, on renseigne la température en °C et la pression en MPa.

Ce logiciel a été très utile dans la modélisation des différents équipements, cependant comme tout

bon logiciel, il a ses limites. En effet, REFPROP n’est pas assez performant pour donner les

caractéristiques de mélange tels que Ethanol + Eau, ce qui aurait été utile pour modéliser la colonne

de distillation. Puis, il ne renseigne pas non plus toutes les caractéristiques d’un air humide telle que

la température humide, ce qui aurait été utilisé dans le cadre de la tour de refroidissement pour

calculer des grandeurs caractéristiques comme l’écart ou l’approche. C’est pourquoi la création d’une

macro calculant toutes les caractéristiques d’un air humide a été nécessaire pour la modélisation de

plusieurs équipements.

2 ) Le schéma de fonctionnement

Pour chaque modélisation que l’on expliquera par la suite, on crée un schéma expliquant la logique

de fonctionnement de l’appareil étudié. Ce schéma se décompose de la manière suivante :

Propriétés connues du fluide

entrant et/ou sortant de l’appareil Objet modélisé Données calculées par la modélisation

Caractéristiques propres à l’appareil

Consignes de l’utilisateur

Figure 2 : Schéma de fonctionnement d'une modélisation

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B ) Caractéristiques de l’air humide

Le logiciel REFPROP ne fût pas assez complet pour renseigner toutes les caractéristiques d’un air

humide, ainsi a-t-il fallu créer une macro calculant toutes ces grandeurs. Ainsi, la connaissance de la

pression atmosphérique Patm, de la température sèche Ɵs et de l’humidité relative Ψ d’un air humide

nous renseigne directement sur :

- sa température humide Ɵh

- sa température de rosée ƟR

- sa pression partielle de vapeur pv

- sa pression de vapeur saturante pv, sat

- son humidité absolue rs

- son enthalpie spécifique hs

- sa masse volumique ρ

- son volume spécifique vs.

Les équations utilisées pour calculer ces grandeurs sont les suivantes :

(1)

Pour hs en [kJ.kgas-1] :

(2)

Pour Ɵs>0°C et Ɵs en [°C] :

(3)

Pour Ɵs≤0°C et Ɵs en [°C] :

(4)

Pour rs en [kg.kgas-1]

(5)

Pour vs en [m3.kgas-1]

(6)

Pour ƟR>0°C et ƟR en [°C] :

(7)

Pour ƟR<0°C et ƟR en [°C] :

(8)

Pour ρ en [kg.m-3] :

(9)

Pour Ɵs et Ɵh en [°C] :

(10)

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C ) La pompe

Elément incontournable de n’importe quelle installation

hydraulique, la pompe fut l’une des premières

modélisations à être effectuée.

3 ) La théorie :

a ) Caractéristiques connues

Lorsqu’EcoGreenEnergy effectue un diagnostic énergétique dans une usine, elle peut se renseigner

sur les modèles de pompes utilisées dans les réseaux hydrauliques. Ainsi, elle pourra connaître les

données suivantes :

- Courbe caractéristique (courbe liant pression et débit)

- Courbe de rendement global

- Vitesse de rotation de la pompe

b ) Equations régissant son fonctionnement

La pompe la plus répandue étant une turbomachine, elle suit ses lois de fonctionnement, ainsi, les

équations régissant le fonctionnement d’une pompe sont connues.

Pour deux régimes notés respectivement (1) et (2), on a :

(

)

(

)

(1)

Avec :

- N : Vitesse de rotation de la pompe en [tr.min-1]

- Q : Débit volumique de fluide traversant la pompe en [m3.s-1]

- P : Pression disponible en [Pa]

Puis en ce qui concerne la puissance mécanique de la pompe :

(2)

Et l’énergie consommée par la pompe par m3 d’eau débité :

(3)

Avec :

- ρ : masse volumique de l’eau en [kg.m-3]

- g : accélération dû à la pesanteur en [m.s-2]

- qv : Débit volumique de fluide traversant la pompe en [m3.s-1]

Figure 3 : Une pompe industrielle

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- Hn : Hauteur manométrique en [mCE]

- ηg : Rendement global de la pompe

c ) Montage en série ou en parallèle

Il est possible de monter des pompes en série ou en parallèle afin d’avoir les courbes de pompes

suivantes :

En série : Pour un débit qv donné, on additionne les pressions des pompes prises individuellement.

En parallèle : Pour une pression donnée, on additionne les débits délivrés par chaque pompe.

4 ) La modélisation

a ) Hypothèses

La courbe caractéristique d’une pompe est assimilable à la courbe d’un polynôme du second degré.

La relation entre le rendement global d’une pompe et le débit la traversant est assimilable à un

polynôme du sixième degré.

b ) Principe de fonctionnement du modèle

Pour une vitesse de rotation donnée, l’utilisateur renseigne la courbe caractéristique de la pompe

dans un tableau prévu à cet effet. En effet, il lui suffit de renseigner quelques points qu’il aura lus sur

la courbe donnée par le constructeur et le modèle en déduira la courbe automatiquement.

De la même façon, il renseigne l’évolution du rendement global de la pompe en fonction du débit

volumique la traversant.

Ensuite, si l’utilisateur décide de changer la vitesse de rotation du circulateur, la courbe

caractéristique se calculera automatiquement.

Puis, si l’utilisateur décide de monter en parallèle ou en série une deuxième pompe, il peut

renseigner les mêmes caractéristiques qu’il a rentré pour la pompe 1 et sélectionner le type de

montage : série ou parallèle.

Enfin, la dernière étape consiste à renseigner la courbe de réseau qui est du type :

Figure 4 : Courbes de pompe en série et en parallèle

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Avec :

- ΔP : Hauteur manométrique totale en [mCE]

- H0 : Hauteur manométrique statique en [mCE]

- Z : Coefficient en [mCE.m-6.s2]

Finalement, le modèle peut calculer les caractéristiques du point de fonctionnement, à savoir :

- La pression disponible en [Pa]

- Le débit en [L.s-1]

- Le rendement global en [%]

- La puissance mécanique en [kW]

- L’énergie consommée par m3 de d’eau en [kWh.m-3]

Ainsi, on obtient le schéma de fonctionnement suivant pour l’équipement « Pompe » :

Caractéristiques du fluide en entrée

(Température, pression, débit)

Courbe de réseau

Pompe(s)

Caractéristiques du point de

fonctionnement de l’ensemble des

pompes (Pression, débit, rendement

global, Puissance, Energie consommée

pour un volume de fluide donné)

Courbes de pompe

Courbes de rendement

Vitesse de rotation

Montage en série ou en parallèle

Figure 5 : Schéma de fonctionnement de la modélisation "Pompe"

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D ) Le ventilateur

Moins fréquent lors des audits énergétiques mais tout aussi

important que la pompe, le ventilateur a également nécessité

une modélisation. Comme ce dernier est une turbomachine,

les mêmes équations régissent son fonctionnement. Ainsi,

seules quelques modifications du modèle « circulateur » ont

été nécessaires pour modéliser le ventilateur.

1 ) La théorie

Le principal changement le différenciant du modèle du

circulateur est l’apparition de la pression dynamique du

ventilateur, souvent donné dans un abaque en même temps

que ses courbes caractéristiques.

Cette pression dynamique varie en fonction du débit volumique selon la loi suivante :

(1)

Avec :

- Pd : Pression dynamique en [Pa]

- K : Coefficient en [Pa.s2.m-6]

- Qv : Débit volumique d’air brassé en [m3.s-1]

Puis la pression totale à vaincre est égale à la somme des pressions dynamique et statique :

(2)


a ) Hypothèses

On suppose comme dans le cas de la pompe que les courbes caractéristiques et les courbes de

rendement sont respectivement assimilables à des courbes de polynômes du second et du sixième

degré.

En ce qui concerne le rendement global, on le renseigne pour une vitesse de rotation donnée. Puis,

lorsque l’on connaît un point de fonctionnement, on calcule la pression et le débit correspondant à la

vitesse de rotation de référence pour en déduire le rendement global du point de fonctionnement.

Figure 6 : Un ventilateur centrifuge

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b ) Principe de fonctionnement du modèle

Comme dans le cas du circulateur, on renseigne les courbes caractéristiques et de rendement dans

des tableaux et le modèle fera une interpolation polynomiale pour en déduire les courbes

correspondantes.

Puis, on demande également à l’utilisateur de renseigner la courbe de pression dynamique en

remplissant un tableau exactement de la même façon que précédemment.

Enfin, on renseigne le point de fonctionnement désiré, à savoir la pression statique à vaincre et le

débit à brasser, et le modèle nous renseigne sur les caractéristiques du point de fonctionnement du

ventilateur :

- Vitesse de rotation en [tr.min-1]

- Pression totale en [Pa]

- Débit volumique d’air brassé en [L.s-1]

- Rendement global en [%]

- Puissance mécanique en [kW]

- Energie consommée par m3 d’air en [kWh.m-3]

Ainsi, le schéma de fonctionnement du modèle « ventilateur est le suivant » :

Pression statique à vaincre

Débit à assurer Ventilateur


fonctionnement de l’ensemble des

pompes (Vitesse de rotation, pression,

débit, rendement global, puissance,

énergie consommée pour un volume de

fluide donné)

Courbe de ventilateur pour une vitesse donnée

Courbe de rendement pour une pression donnée

Courbe de pression dynamique

Figure 7 : Schéma de fonctionnement de la modélisation "ventilateur"

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E ) La chaudière

Elément incontournable pour créer de l’eau chaude ou de la

vapeur d’eau, la chaudière permet de chauffer un fluide

caloporteur grâce à un combustible.

1 ) La théorie

Les équations régissant le fonctionnement de la chaudière

sont les suivantes :

(1)

(2)

(3)

( ( ))

(4)

(5)

(6)

Avec :

- NT : Nombre total d’heures de la saison de chauffe (Pour

les usines, c’est le temps de fonctionnement de l’usine

sur une année) en [h]

- NB : Nombre total d’heures de fonctionnement du brûleur

pendant l’année en [h]

- ρ : Masse volumique du fluide à chauffer en [kg.m-3

]

- qv : Débit volumique du fluide à chauffer en [m3.s

-1]

- cp : Chaleur massique du fluide à chauffer en [kJ.kg-1

.K-1

]

- ΔƟ : Différence de température entre la sortie et l’entrée

du fluide en [°K]

- qm : Débit massique du fluide à chauffer en [kg.s-1

]

- Δh : Différence d’enthalpie entre la sortie et l’entrée du

fluide en [kJ.kg-1

]

- Pu : Puissance utile en [kW]

- Pa : Puissance absorbée en [kW]

- ηutile : Rendement utile

- ηcomb : Rendement de combustion

- Pertes fumées : Pertes de chaleur par les fumées en [kW]

- f : Facteur dépendant du type de combustible

- Tfumées : Température des fumées en [°C]

- Tamb : Température ambiante de la chaufferie en [°C]

- %CO2 : Pourcentage de CO2 contenu dans les fumées [%]

- ηsaisonnier : Rendement saisonnier

- qE : Coefficient de pertes à l’arrêt

Figure 8 : Une chaudière

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En ce qui concerne le débit massique des fumées, on peut l’estimer grâce à une formule du DTU.

(7)

Avec : - n : excès d’air [%]

- PB : Puissance du brûleur [th.h-1]

- : Débit massique des fumées en [kg.h-1]


a ) Hypothèses

Le calcul de la puissance utile se fait avec l’équation (6) utilisant la différence d’enthalpie pour

prendre en compte le changement d’état dans le cas de la chaudière vapeur.

Le coefficient de conversion pour passer de l’énergie électrique en énergie primaire est égal à 2,58

en France.

En ce qui concerne le combustible utilisé par la chaudière, l’utilisateur le choisit dans une liste

déroulante et les caractéristiques de chaque fluide sont prédéfinies sur les valeurs les plus courantes

trouvées sur le marché. Ainsi, si l’utilisateur connaît les caractéristiques exactes du combustible, il

peut les modifier à tout moment. Les valeurs prédéfinies sont les suivantes :

b ) Principe de fonctionnement de la modélisation

i ) Grandeurs à renseigner :

L’utilisateur renseigne les caractéristiques du fluide entrant telles que le type de fluide, sa

température, sa pression et son débit.

Puis il renseigne les consignes du fluide en sortie.

Enfin, il rentre les caractéristiques propres à la chaudière, à savoir :

- La puissance nominale en [kW]

- Le type de combustible utilisé

- La durée de fonctionnement du brûleur en [h]

- La durée de la saison de chauffe, ici égale à la durée de marche du process à l’année en [h]

- Les pertes à l’arrêt en [kW]

Figure 9 : Tableaux de pouvoirs calorifiques pour différents combustibles

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- Le rendement utile en [%]

- Le rendement de combustion en [%]

En ce qui concerne le rendement de combustion, une aide est disponible pour la calculer en utilisant

la formule (3) donnée précédemment. Ainsi, l’utilisateur doit renseigner les valeurs de :

- la température ambiante Tamb en [°C]

- la température des fumées Tf en [°C]

- Le pourcentage de Co2 présent dans les fumées %CO2 en [%]

- Le facteur f dépendant du type de combustible utilisé par la chaudière

- L’excès d’air n en [%]

- La puissance du brûleur en [kW]

Des valeurs de f sont mises à disposition pour se faire une idée de l’ordre de grandeur :

ii ) Grandeurs de sortie du modèle :

Après calculs, le modèle déduit les données suivantes :

- La puissance utile Pu en [kW]

- La puissance absorbée Pa en [kW]

- Les pertes par les fumées Pfumées en [kW]

- Le coefficient de pertes à l’arrêt qE

- Le débit de combustible Qvc en [kg.h-1]

- Le rendement saisonnier ηsaisonnier en [%]

- L’énergie consommée à l’année E en [MWh(PCI)]

- L’énergie primaire consommée à l’année Ep en [MWhep(PCI)]

- Le débit massique des fumées qmfumées en [kg.h-1]

Le schéma de fonctionnement du modèle « chaudière » est le suivant :

Caractéristiques du fluide en entrée


Caractéristiques du fluide en sortie


Puissances et pertes

Débit de combustible

Puissance nominale

Caractéristiques du combustible

Rendements

Caractéristiques du fluide désiré en sortie

Chaudière

Figure 10 : Facteur f pour différents combustibles

Figure 11 : Schéma de fonctionnement pour la modélisation "chaudière"

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F ) L’échangeur de chaleur

Elément fondamental des solutions préconisées par la société

EcoGreenEnergy lors de ses audits énergétiques, l’échangeur de

chaleur permet de récupérer de la chaleur souvent gaspillée à un ou

plusieurs endroits d’une chaîne énergétique afin de préchauffer un

fluide gratuitement à un autre endroit du procédé de fabrication de

l’usine.

1 ) La théorie

a ) Co-courant ou contre-courant

i ) Co-courant

Dans le cadre du co-courant, le pincement ΔƟ est égal à

Ce type d’échangeur est très peu utilisé car il est très peu performant. En effet, pour une puissance

donnée, son coût et son encombrement ne jouent pas en sa faveur. Enfin, il n’atteindra jamais les

températures qu’un échangeur contre-courant peut atteindre.

ii ) Contre-courant

Figure 12 : Un échangeur à plaques

Figure 13 : Profil des températures pour un échangeur co-courant

Figure 14 : Profil des températures pour un échangeur contre-courant

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Dans le cadre du contre-courant, le pincement ΔƟ est égal à

b ) Les formules régissant le fonctionnement

i ) La méthode ΔTLM

La méthode ΔTLM ne s’utilise que lorsque les quatre températures de fonctionnement sont connues

et lorsqu’il n’y a pas eu de changement d’état. Pour chaque cas, la formule est la suivante :

ii ) La méthode NUT

La méthode NUT sert à calculer les températures des fluides en sortie d’échangeurs, connaissant les

caractéristiques techniques de l’échangeur et celles des fluides en entrée.

(2)

(3)

( )

Co-courant :

(1)

Avec

( )

Contre-courant :

(1)

Avec

ɸ : Flux de chaleur échangé par le fluide chaud au fluide froid en [kW]

K : Coefficient d’échange thermique des parois de l’échangeur en [kW.m-2.K-1]

S : Surface totale d’échange de l’échangeur en [m2]

Co-courant :

Contre-courant :

(4)

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(5)

Avec :

- NUT : coefficient sans dimension

- K : Coefficient d’échange thermique de l’échangeur en [W.m-2.K-1]

- ST : Surface totale d’échange en [m2]

- qm : Débit massique de fluide en [kg.s-1]

- cp : Chaleur massique du fluide en [J.kg-1.K-1]

- R : Rapport de déséquilibre sans dimension

- E : Efficacité de l’échangeur

- ɸmax : Flux maximal échangeable en [W]

- Ɵce : Température d’entrée du fluide chaud en [°C]

- Ɵfe : Température d’entrée du fluide froid en [°C]

- Ɵcs : Température de sortie du fluide chaud en [°C]

- Ɵfs : Température de sortie du fluide froid en [°C]


a ) Hypothèses

On fait l’hypothèse que le coefficient d’échange reste constant selon la température des fluides

chaud et froid.

On suppose également que la perte de charge interne à l’échangeur est la même côté fluide chaud et

fluide froid.

Afin d’éviter toute erreur de calcul lors du changement d’état de l’un des fluides, tous les calculs se

font en raisonnant sur les enthalpies :

- du fluide chaud en entrée

- du fluide froid en entrée

- du fluide chaud en sortie (cas où le régime de fonctionnement est connu)

- du fluide froid en sortie (cas où le régime de fonctionnement est connu)

- du fluide chaud à la température du fluide froid en entrée (cas où le régime est inconnu)

- du fluide froid à la température du fluide chaud en entrée (cas où le régime est inconnu).

Ainsi, le flux maximal échangeable se calcule avec la formule :

Avec :

- qmc : Débit massique du fluide chaud en [kg.s-1]

- qmf : Débit massique du fluide froid en [kg.s-1]

- Ɵce : Température d’entrée du fluide chaud en [°C]

- Ɵfe : Température d’entrée du fluide froid en [°C]

- Pce : Pression en entrée du fluide chaud en [bar]

[ ( )] [ ( ) ( )] (6)

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Mai 2013

- Pcs : Pression en sortie du fluide chaud en [bar]

- Pfe : Pression en entrée du fluide froid en [bar]

- Pfs : Pression en sortie du fluide froid en [bar]

- hc(Tce ; Pce) : Enthalpie massique du fluide chaud à la température Tce et à la pression Pce, en

[kJ.kg-1]

- hc(Tfe ; Pcs) : Enthalpie massique du fluide chaud à la température Tfe et à la pression Pcs, en

[kJ.kg-1]

- hf(Tce ; Pfs) : Enthalpie massique du fluide froid à la température Tce et à la pression Pfs, en

[kJ.kg-1]

- hf(Tfe ;Pfe) : Enthalpie massique du fluide froid à la température Tfe et à la pression Pfe, en

[kJ.kg-1]

- ɸmax : Flux maximal échangeable en [kW]

La formule (5) ne s’applique que dans le cas où aucun des deux fluides ne change d’état dans

l’échangeur. Or dans le cas d’un évaporateur ou d’un condenseur, il faut prendre en compte la

chaleur latente de vaporisation du fluide changeant d’état. Or la formule (6) prend en compte cette

enthalpie de changement d’état, ce qui permet au modèle de s’étendre au cas des évaporateurs et

des condenseurs.

On peut noter que la formule (6) est une formule générale dont la formule (5) découle pour le cas

particulier de deux fluides ne changeant pas d’état dans l’échangeur.


L’utilisateur a le choix du fonctionnement en co-courant ou contre-courant dans une liste déroulante.

De la même façon, l’utilisateur a le choix entre l’eau et l’air humide pour les fluides chaud et froid,

car ces fluides sont les plus courants dans l’industrie. Cependant, rien n’empêche l’utilisateur de

choisir un fluide disponible dans la base de données du logiciel REFPROP, ou à défaut, d’en créer un

s’il est un mélange de plusieurs fluides présents dans la bibliothèque de ce même logiciel.

Puis, il a le choix de renseigner, soit qu’il connaît le régime de fonctionnement de température (c'est-

à-dire que les caractéristiques d’entrée et de sortie des fluides chaud et froid sont connues), soit il ne

le connaît pas.

Dans le premier cas, l’utilisateur renseignera les caractéristiques d’entrée et de sortie des fluides

chaud et froid et le modèle en déduira l’efficacité de l’échangeur et le flux de chaleur échangé.

Dans le second cas, l’utilisateur rentre les caractéristiques de l’échangeur, à savoir sa surface totale

d’échange, son coefficient d’échange thermique et sa perte de charge interne. Ainsi, le modèle en

déduira les caractéristiques de sortie des fluides chaud et froid, l’efficacité de l’échangeur et le flux

réel échangé.

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Mai 2013

On en déduit donc les deux schémas de fonctionnement du modèle échangeur.

i ) Cas où le régime de fonctionnement est connu

ii ) Cas où le régime de fonctionnement n’est pas connu

Caractéristiques des fluides en

entrée


sortie

Echangeur

Grandeurs propres aux

échangeurs :

o NUT

o ΔTLM

o Efficacité

o Flux échangé

Co-courant ou contre-courant

Caractéristiques des fluides

en entrée Echangeur

Caractéristiques des fluides en sortie

Grandeurs propres aux échangeurs :

o NUT

o ΔTLM

o Efficacité

o Flux échangé

Co-courant ou contre-courant

Caractéristiques de l’échangeur (Coefficient d’échange,

surface d’échange, pertes de charge internes)

Figure 15 : Schéma de fonctionnement de la modélisation "échangeur" (Régime connu)

Figure 16 : Schéma de fonctionnement de la modélisation "échangeur" (Régime inconnu)

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Mai 2013

G ) La tour aéroréfrigérante :

Dans la plupart des usines, même après avoir récupéré le

plus de chaleur possible à l’aide d’échangeurs de chaleur, il

faut évacuer la chaleur : c’est le rôle de la tour

aéroréfrigérante (TAR).

1 ) Tour de refroidissement en circuit ouvert

a ) La théorie

On souhaîte refroidir de l’eau avec l’air

extérieur. Pour cela, on va pulvériser

cette eau en fines gouttelettes à contre

courant de l’air qui rentre dans la tour.

Ainsi, l’air humide va se saturer en eau.

L’eau n’ayant pas été « absorbée » par

l’air extérieur se retrouve stocké dans

la partie inférieure de la tour.

Cependant, pour des raisons de

déconcentration de cette eau

stagnante en minéraux dû à une

évaporation constante, il est conseillé

de faire une purge réguliaire.

Enfin, pour des raisons évidentes, une

arrivée d’eau vient remplir le bac d’eau

afin de combler l’eau absorbée par l’air

et l’eau purgée.

Il existe deux grandeurs propres aux tours de refroidissement : l’écart et l’approche.

L’écart représente la différence de température de l’eau à refroidir entre la sortie et l’entrée de la

tour.

Avec :

- Ɵes : Température de l’eau en sortie de la tour aéroréfrigérante en [°C]

- Ɵee : Température de l’eau en entrée de la tour aéroréfrigérante en [°C]

L’approche représente l’écart entre la température de l’eau en sortie de la tour et la température

humide de l’air en entrée de la tour de refroidissement.

Figure 17 : Une tour aéroréfrigérante

Figure 18 : Schéma d'une tour aéroréfrigérante en circuit ouvert

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Mai 2013

Avec Ɵhe, la température humide de l’air en entrée de la tour aéroréfrigérante en [°C]

b ) La modélisation

i ) Hypothèses

On suppose que l’air en sortie de la tour est saturée en eau et a donc une humidité relative de 100%.

On utilise la macro qui calcule les caractéristiques d’un air humide pour ce modèle.

ii ) Principe de fonctionnement de la modélisation

L’utilisateur renseigne en premier lieu les caractéristiques de l’eau en entrée (Température, pression,

débit) et la consigne de température en sortie.

Puis, il renseigne les caractéristiques de l’air en entrée (Pression atmosphérique, température sèche

et humidité relative).

Enfin, il rentre la valeur du pincement qu’il souhaite entre la température de sortie d’air et la

température d’eau en sortie de la tour aéroréfrigérante.

Le modèle en déduira donc :

- les caractéristiques de l’air en sortie (Température, humidité relative, …)

- l’écart

- l’approche

- le débit d’appoint en eau

2 ) Tour de refroidissement en circuit fermé

L’hypothèse réalisée pour modéliser ce type de tour

est que l’eau pulvérisée sur le serpentin dans lequel

circule le fluide à refroidir est à une température

correspondant à la moyenne arithmétique entre la

température du fluide à refroidir en entrée du

serpentin et la température de fluide en sortie du

serpentin.

Pour le reste, les calculs sont les mêmes que dans le

cas de la TAR en circuit ouvert.

Figure 19 : Schéma d'une tour aéroréfrigérante en circuit fermé

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Mai 2013

On en déduit le schéma de fonctionnement du modèle « Tour de refroidissement » :

Caractéristiques du fluide à

refroidir en entrée (Température,

pression, débit)

Caractéristiques de l’air ambiant

TAR en circuit ouvert


sortie

Grandeurs propres aux TAR :

o Ecart

o Approche

Puissance dissipée Pincement

Perte de charge interne

Consigne de température du fluide à refroidir en sortie

Figure 20 : Schéma de fonctionnement de la modélisation "Tour de refroidissement"

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Mai 2013

H ) La turbine vapeur

Certaines entreprises utilisent l’énergie de leur vapeur

industrielle pour en convertir de l’énergie électrique

grâce à une turbine à vapeur.

1 ) La théorie

La turbine à vapeur est avant tout une

turbomachine réceptrice et est donc soumise aux

équations régissant le fonctionnement des

turbomachines.

Ainsi, on retrouve les mêmes lois de fonctionnement que pour la pompe et le ventilateur étudié

précédemment.


a ) Hypothèse

On fait l’hypothèse que les caractéristiques de la vapeur en sortie de la turbine sont connues.

On suppose également que les courbes caractéristiques, de rendement et de puissance mécanique

sont équivalente à des courbes de polynômes du sixième degré.


Dans un premier temps, l’utilisateur informe si la courbe de puissance mécanique en fonction du

débit est connue. Si c’est le cas, seule cette courbe sera nécessaire pour calculer la puissance

mécanique de la turbine et donc en déduire l’énergie électrique produite.

Si ce n’est pas le cas, l’utilisateur doit renseigner les courbes caractéristiques Hn = f(qv) et de

rendement de la turbine vapeur. Ainsi, la courbe de puissance mécanique se déduira de ces deux

courbes grâce à la formule (2) dans le modèle de la pompe.

Les courbes se renseignent de la même façon que pour les modèles « Pompe » et « Ventilateur ».

Puis, l’utilisateur renseigne les caractéristiques de la vapeur en entrée et en sortie.

Enfin, le modèle en déduira le point de fonctionnement de la turbine à vapeur et donc les

caractéristiques suivantes :

- La vitesse de rotation de l’axe de la turbine en [tr.min-1]

- La pression totale aux bornes de la turbine en [bar]

- Le débit volumique de vapeur traversant la turbine en [m3.s-1]

- Le rendement global au point de fonctionnement en [%]

- La puissance mécanique récupérée par la turbine en [kW]

- L’énergie électrique récupérée par m3 de vapeur en [kWh.m-3]

Figure 21: Représentation d'une turbine vapeur

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Mai 2013

Ainsi, on en déduit le schéma de fonctionnement pour le modèle « Turbine à vapeur ».

i ) Cas où la courbe de puissance mécanique est connue

ii ) Cas où la courbe de puissance mécanique n’est pas connue

Caractéristiques de la vapeur en

entrée (Température, Pression, débit)


sortie (Température, Pression)

TAR


fonctionnement :

o Vitesse de rotation

o Pression totale

o Débit volumique

o Rendement global

o Puissance mécanique

o Energie électrique Courbe de puissance mécanique


entrée (Température, Pression, débit)


sortie (Température, Pression)

TAR


fonctionnement :

o Vitesse de rotation

o Pression totale

o Débit volumique

o Rendement global

o Puissance mécanique

o Energie électrique Courbe caractéristique Hn = f(qv)

Courbe de rendement

Figure 22: Schéma de fonctionnement de la modélisation "Turbine vapeur" (Courbe de puissance connue)

Figure 23: Schéma de fonctionnement de la modélisation "Turbine vapeur" (Courbe de puissance inconnue)

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Mai 2013

I ) Le séchoir

Utile pour enlever l’humidité d’un produit dans une

chaîne de fabrication, le séchoir utilise de l’air

préchauffé pour augmenter sa capacité d’absorption

de l’eau contenue dans la matière à sécher.

1 ) La théorie

a ) La batterie chaude

L’air utilisé dans le procédé est d’abord préchauffé à l’aide d’une batterie chaude, cette

augmentation en température de l’air augmente également sa pression de vapeur saturante et

diminue donc son humidité relative. Ainsi, l’air préchauffé aura la capacité d’absorber plus d’eau

avant sa saturation.

On considère la formule suivante pour déterminer la puissance de la batterie chaude :

Avec :

- Pbatterie chaude : Puissance de la batterie chaude en [kW]

- qm : Débit massique d’air traversant la batterie chaude en [kg.s-1]

- hss : enthalpie de l’air sortant de la batterie chaude en [kJ.kg-1]

- hes : enthalpie de l’air entrant dans la batterie chaude en [kJ.kg-1]

b ) Le produit à sécher

En ce qui concerne le produit à sécher, d’une manière générale on peut le décomposer de la façon

suivante :

Avec :

- mT : masse totale de produit à sécher en [kg]

- ms : masse de produit sec présent dans le produit à sécher en [kg]

Figure 24 : Représentation d'un séchoir

Figure 25: Schéma d'un séchoir

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Mai 2013

- mh : masse d’eau contenue dans le produit à sécher en [kg]

On peut désigner sa concentration en eau de trois manières différentes.

i ) La teneur en eau : y

On note la teneur en eau y d’un produit le ratio entre la masse d’eau contenu dans ce produit et la

masse de produit sec.

ii ) Le titre ou taux d’humidité: Y

On note le titre en eau Y le ratio entre la masse d’eau contenue dans un produit et la masse totale du

produit humide.

iii ) Le taux de matière sèche ou taux de siccité: x

On note le taux x de matière sèche comme le ratio de la masse de produit sec sur la masse totale de

produit humide.

c ) L’air faux

Coefficient bien connu des utilisateurs de séchoir industriels, l’air faux correspond à l’augmentation

du débit volumique d’air, dû aux fuites du séchoir qui fonctionne généralement en dépression.

On note f le ratio entre le débit volumique d’air en sortie de séchoir et le débit volumique d’air en

entrée.

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Mai 2013


a ) Hypothèses

On utilise la macro calculant les caractéristiques de l’air humide dans ce modèle.

Toute l’eau dissipée par le produit à sécher est absorbée par l’air et cette humidification de l’air est

supposée isenthalpique.


Dans un premier temps, l’utilisateur renseigne les caractéristiques de l’air entrant dans la batterie

chaude. Puis, il rentre les caractéristiques de la matière à sécher, à savoir son débit massique et, au

choix, sa teneur en eau, son titre ou son taux de matière sèche.

Enfin, il renseigne les caractéristiques de la matière sèche qu’il désire en sortie, en rentrant de la

même manière que précédemment sa teneur en eau, son titre ou son taux de matière sèche.

Finalement, l’utilisateur doit également rentrer la puissance de la batterie chaude et le facteur d’air

faux de son séchoir.

Ainsi, le modèle calculera automatiquement les caractéristiques de l’air en sortie, le débit massique

de produit séché en sortie, la quantité d’eau prélevée au cours du procédé et la consommation

énergétique de la batterie chaude par kilogramme de produit obtenu.

Ainsi, on obtient le schéma de fonctionnement suivant pour le modèle « séchoir » :

Caractéristiques de la matière à

sécher en entrée (Débit massique,

teneur en eau)

Caractéristiques de l’air en entrée

Séchoir Caractéristiques de l’air en sortie

Consommation énergétique

Consigne de teneur en eau en sortie de la matière à sécher

Air faux

Puissance batterie chaude

Figure 26: Schéma de fonctionnement de la modélisation "Séchoir"

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Mai 2013

J ) Le concentrateur

Appareil permettant de

sécher un produit sous

forme liquide cette fois, le

concentrateur est utilisé en

agroalimentaire pour

réduire la concentration en

eau d’un fluide et donc

d’augmenter la

concentration du produit

que l’on souhaite récupérer

que l’on appelle concentrat.

1 ) La théorie

La solution à concentrer est chauffée jusqu’à évaporation dans un évaporateur vapeur. Puis une cuve

semblable à la cuve d’une colonne de distillation sépare la vapeur de la partie liquide de la solution

obtenue après l’échangeur. La vapeur ainsi obtenue alimentera l’évaporateur de la cuve suivante, et

chauffera donc la partie liquide jusqu’à évaporation. Ce fonctionnement peut se répéter n fois et

porte le nom de concentration à n-effets.

Une pompe à vide est placée sur la partie vapeur de la dernière cuve afin de mettre chaque effet en

dépression et donc diminuer la température d’ébullition au fil des cuves de séparation, comme on

peut le voir sur le schéma suivant illustrant un concentrateur quadruple-effets.


a ) Hypothèses

On suppose que les évaporateurs sont de type contre-courant et que leurs caractéristiques sont

connues (surface d’échange et coefficient d’échange thermique).

Solution

à sécher

Concentrat

Condensats

Tirage à vide (A) (B) (B) (C)

Figure 27: Représentation d'un concentrateur triple effet

Figure 28 : Schéma explicatif d'un concentrateur à plusieurs effets

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Mai 2013

On suppose que le mélange à concentrer est assimilable à de l’eau, puisqu’il est généralement très

dilué. Cependant, si la solution à concentrer n’est pas une solution composée majoritairement d’eau,

il faut créer un mélange sous le logiciel REFPROP se rapprochant au mieux du produit souhaité.

Pour connaître les proportions de vapeur et de liquide dans un mélange diphasique, on utilise les

fonctions suivantes de REFPROP :

- Density : masse volumique de la solution diphasique en [kg.m-3]

- VaporDensity : masse volumique de la partie vapeur en [kg.m-3]

- LiquidDensity : masse volumique de la partie liquide en [kg.m-3]

Ainsi, en connaissant le débit massique de solution diphasique, on en déduit le débit massique de

vapeur et celui de liquide grâce aux formules suivantes :

*Les origines de ces formules sont données en annexe

Avec :

- qmL : Débit massique de la partie liquide en [kg.s-1]

- qmV : Débit massique de la partie vapeur en [kg.s-1]

- qmL+V : Débit massique de la solution diphasique en [kg.s-1]

- ρL+V : Masse volumique de la solution diphasique en [kg.m-3]

- ρL : Masse volumique de la partie liquide en [kg.m-3]

- ρV : Masse volumique de la partie vapeur en [kg.m-3]

La modélisation a été découpée en 3 parties bien distinctes (A), (B) et (C) comme on peut le voir sur

la figure précédente.

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Mai 2013


Dans un premier temps, l’utilisateur renseigne les caractéristiques de la solution à concentrer

(Température, pression, débit massique).

Puis il renseigne les caractéristiques du ou des échangeurs (Perte de charge interne, surface

d’échange et coefficient d’échange thermique).

Ainsi, le modèle en déduit :

- les caractéristiques de la vapeur sortant de la cuve (Température, pression, débit

massique)

- Les caractéristiques du liquide sortant de la cuve (Température, pression, débit

massique).

- Les caractéristiques des condensats (Température, pression, débit massique).

Ainsi, on en déduit le schéma de fonctionnement pour le modèle « Concentrateur » :

Caractéristiques de la solution à concentrer

Caractéristiques de la vapeur primaire Concentrateur Caractéristiques du concentrat

Caractéristiques des condensats

Caractéristiques des évaporateurs

Figure 29 : Schéma de fonctionnement de la modélisation "Concentrateur"

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Mai 2013

K ) Le dégazeur thermique

Afin de répondre aux normes industrielles concernant la

teneur en oxygène et le niveau permis d'oxyde

métallique dans l'eau d'alimentation, l'élimination

presque totale de l'oxygène est exigée. Ceci peut être

accompli seulement par une désaération mécanique

efficace complétée par un réducteur d'oxygène

correctement commandé.

La désaération est conduite par les principes suivants: la

solubilité de n'importe quel gaz dans un liquide est

directement proportionnelle à la pression partielle du

gaz à la surface du liquide, et diminue avec

l'augmentation de la température du liquide.

L'efficacité de l'élimination est améliorée lorsque le

gaz et le liquide sont fortement mélangés.

Le but d'un dégazeur est de réduire les gaz dissous, particulièrement l'oxygène, à un niveau faible et

d'améliorer l'efficacité thermique de l'installation en augmentant la température de l'eau. De plus, ils

permettent le stockage de l'eau et fournissent des conditions d'aspiration adéquates des pompes

d'eau d'alimentation.

1 ) La théorie

Le dégazeur thermique se compose des pièces suivantes :

Figure 30 : Un dégazeur thermique industriel

Figure 31 : Schéma descriptif d'un dégazeur thermique

http://www.lenntech.fr/periodique/elements/o.htm

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Mai 2013

Ainsi, on fait rentrer en contact de la vapeur d’eau avec de l’eau à dégazer. Cette dernière va

chauffer jusqu’à libérer ses gaz dissous. Ces gaz remonteront et quitteront le dégazeur par la

soupape, tandis que l’eau réchauffée va être stockée dans une cuve : la bâche alimentaire.


a ) Hypothèse

Afin de modéliser l’échange de chaleur entre la vapeur d’eau et l’eau à dégazer, on fait l’hypothèse

que ce transfert est équivalent à un échange entre la vapeur et l’eau à dégazer que l’on ferait circuler

dans un échangeur de chaleur de surface infinie et de type co-courant.

On suppose que la cuve où l’eau dégazée est stockée est parfaitement isolée.

On suppose que l’eau à dégazer a la même enthalpie que de l’eau pure.

Enfin lorsque l’eau à dégazer est réchauffée par la vapeur, celle-ci devient bi-phasique. On utilise

donc la même technique que dans le cas du concentrateur pour déterminer la fraction de vapeur et

la fraction de liquide du mélange bi-phasique.

Ce raisonnement est également appliqué pour la partie vapeur qui se condensera en partie dans le

système.

Figure 32 : Schéma explicatif du fonctionnement d'un dégazeur thermique

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Mai 2013

b ) Le principe de fonctionnement

Dans un premier lieu, l’utilisateur renseigne les pertes de charges internes propres au dégazeur

thermique. S’il ne les connaît pas, elles seront supposées nulles pour la modélisation.

Puis, l’utilisateur renseigne les propriétés de l’eau à dégazer (Température, pression et débit) et

celles de la vapeur entrante dans le système (Température, pression, débit).

Le modèle va donc en déduire les caractéristiques de la vapeur qui s’échappera du dégazeur en

emportant avec elle les gaz précédemment dissous, et les caractéristiques de l’eau envoyée dans la

cuve pour stockage.

Ainsi, la modélisation du dégazeur thermique a le schéma de fonctionnement suivant :

Caractéristiques de l’eau à dégazer

Caractéristiques de la vapeur injectée Dégazeur thermique

Caractéristiques de l’eau dégazée

Caractéristiques des gaz dissipés

Pertes de charges internes

Figure 33 : Schéma de fonctionnement de la modélisation "Dégazeur thermique"

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Mai 2013

L ) La colonne de distillation

1 ) Généralités

Eléments incontournables des usines agroalimentaires,

les colonnes de distillation utilisent la différence

de volatilité des composants d'un mélange pour les

séparer.

Pour améliorer la séparation, une grande surface

d'échange entre la phase gazeuse et la phase liquide

est nécessaire. Pour augmenter cette dernière, des

éléments sont ajoutés dans la colonne, tels les plateaux

ou des garnissages, ces derniers pouvant être

structurés ou non. En plus de la colonne et de son

garnissage, deux échangeurs de chaleur permettent

d'apporter et de retirer l'énergie nécessaire pour la

séparation: un bouilleur situé en bas de colonne où le mélange est chauffé jusqu'à ébullition et

le condenseur en tête de colonne qui permet de liquéfier les vapeurs afin de récupérer le produit

purifié sous forme liquide.

Une partie des condensats est souvent réinjectée dans la

colonne pour augmenter la pureté du produit désiré, il

s'agit du reflux. Le pourcentage de condensat renvoyé

dans la colonne, le taux de reflux, est un critère

important dans la définition des conditions opératoires.

On cherche toujours une valeur de taux de reflux

comprise entre le taux de reflux min et le taux de reflux

max.

Les colonnes sont le plus souvent en acier inoxydable,

mais on trouve également des colonnes en verre pour

les produits corrosifs. Les dimensions de la colonne ont

un rôle important dans la séparation: plus la colonne est

haute, meilleure sera la séparation, car il sera possible

d'augmenter le nombre de plateaux théoriques, et plus

la colonne sera large, plus les flux à l'intérieur de la

colonne pourront être importants.

Figure 34 : Une colonne de distillation

Figure 35 : Schéma explicatif du fonctionnement d'une colonne de distillation

http://fr.wikipedia.org/wiki/Rectification_(chimie)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Volatilit%C3%A9_(chimie)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Surface_d%27%C3%A9change

http://fr.wikipedia.org/wiki/Surface_d%27%C3%A9change

http://fr.wikipedia.org/wiki/Garnissage_(chimie)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Echangeur_de_chaleur

http://fr.wikipedia.org/wiki/Bouilleur

http://fr.wikipedia.org/wiki/Condenseur_(thermodynamique)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Taux_de_reflux

http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Plateau_th%C3%A9orique&action=edit&redlink=1

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Mai 2013

2 ) Schéma de fonctionnement d’une colonne de rectification

3 ) Calcul des puissances mises en jeu

On utilise les notations suivantes :

- Débit massique vapeur de tête : QmVT en [kg.s-1]

- Enthalpie de la vapeur de tête : hVT en [kJ.kg-1]

- Enthalpie du distillat liquide : hD[kJ.kg-1]

- Débit massique des condensats : QmC en [kg.s-1]

- Débit massique de résidu : QmR en [kg.s-1]

- Enthalpie des condensats : hC[kJ.kg-1]

- Enthalpie de la vapeur rebouillie : hVR[kJ.kg-1]

- Débit massique de la vapeur rebouillie : QmVR en [kg.s-1]

- La puissance du bouilleur : Pbouilleur en [kW]

- La puissance du condenseur : Pcondenseur en [kW]

Figure 36 : Schéma descriptif d'une colonne de distillation

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Mai 2013

Ainsi, les puissances nécessaires au bon fonctionnement de la colonne de rectification sont les

suivantes :

Or, l’enthalpie d’un mélange présent dans une tour de rectification est rarement connue. En effet, on

connaît souvent les températures souhaitée dans la colonne et surtout les titres massiques en alcool.

Cependant, REFPROP ne peut pas nous renseigner sur les caractéristiques d’un mélange eau/alcool. Il

a donc fallu trouver une solution pour connaître l’enthalpie d’un tel mélange, en connaissant sa

température et son titre massique en alcool.

4 ) Détermination de l’enthalpie d’un mélange eau/éthanol

Le diagramme de Ponchon-Savarit est une méthode graphique pour connaître l’enthalpie d’un

mélange de fluides non azéotrope.

En considérant une solution eau/éthanol à une pression modérée P (de 0.1 à 3 bars), la partie vapeur

est supposée idéale mais la partie liquide ne peut pas être supposée idéale. En effet, Cette dernière

va faire intervenir une grandeur que l’on va appeler enthalpie d’excès.

Les formules donnant l’enthalpie d’un mélange eau/éthanol sont les suivantes :

( ) ( )

Avec :

HL : enthalpie molaire du mélange eau/éthanol sous forme liquide

HV : enthalpie molaire du mélange eau/éthanol sous forme vapeur

HE : enthalpie molaire d’excès

xéthanol : fraction molaire d’éthanol dans la solution liquide

y éthanol : fraction molaire d’éthanol dans la solution vapeur

CP,L,éthanol : Capacité thermique molaire de l’éthanol sous forme liquide

CP,L,eau : Capacité thermique molaire de l’eau sous forme liquide

CP,V,éthanol : Capacité thermique molaire de l’éthanol sous forme vapeur

CP,V,eau : Capacité thermique molaire de l’eau sous forme vapeur

λéthanol : Chaleur latente de vaporisation molaire de l’éthanol + énergie nécessaire pour le chauffage

de la phase liquide entre 0°C et la température d’ébullition

λeau : Chaleur latente de vaporisation molaire de l’eau + énergie nécessaire pour le chauffage de la

phase liquide entre 0°C et la température d’ébullition

T : Température de la solution

Tref : Température d’ébullition du fluide concerné

[ ( )] ( )

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Mai 2013

On considère que les capacités thermiques et les chaleurs latentes de vaporisation varient très

faiblement avec la température et on les prend donc comme des constantes.

Pour calculer l’enthalpie d’excès, on utilise la fonction suivante :

Avec :

(m Є {0 ; 0.5 ; 1.5 ; 2.5 ; 4.5})

Où les coefficients bm, cm et dm sont des données tabulées :

Ainsi, après avoir déterminé les températures d’ébullitions de la solution eau/éthanol en utilisant les

formules données en annexe, on en déduit pour une pression P donnée, le diagramme nous donnant

l’enthalpie du mélange eau/éthanol non azéotropique, en fonction de sa température et de son titre

massique en éthanol.

Figure 37 : Valeurs tabulées des coefficients utilisés dans le calcul de l'enthalpie de mélange pour le fluide eau/éthanol

Figure 38 : Courbes d'enthalpie du mélange eau éthanol pour une pression de 1.01125 bar

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Le tracé en rouge correspond au titre massique à partir duquel la solution se comporte comme un

mélange azéotropique.

L’inconvénient de cette macro qui calcule l’enthalpie du mélange eau/éthanol en fonction de sa

température, de sa pression et de son titre massique en éthanol, c’est qu’elle demande un nombre

de calculs important, donc un temps de calcul relativement long. Ainsi, afin de réduire ce temps de

calculs, la création de tables donnant la valeur de l’enthalpie en fonction de plusieurs valeurs des

grandeurs de référence a été nécessaire. En effet, pour chaque pression P de 0.1 à 3 bars (P=0.1 ;

0.2 ; 0.3 ; … ; 2.9 ; 3), une table donne l’enthalpie de la solution pour une température allant de 1 à

200°C (T=1 ; 2 ; 3 ; … ; 199 ; 200) et le titre massique en éthanol allant de 0 à 1kg/kg (xéthanol= 0 ; 0.05 ;

0.1 ; 0.15 ; … ; 0.95 ; 1). Ainsi, on obtient des tables ayant l’allure suivante :

Puis, on a créé une fonction Enthalpie(T,P,xéthanol) qui va calculer l’enthalpie du mélange eau/éthanol

et recherchant dans ces tables les valeurs calculées pour les données d’entrées les plus proches et en

faisant des interpolations linéaires en fonction de la température, puis du titre massique en éthanol

et enfin de la pression. Les détails des calculs sont disponibles en annexes.

Figure 39 : Table de valeurs d'enthalpie massique pour le mélange eau/éthanol

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a ) Hypothèses

On suppose que les caractéristiques du mélange eau/éthanol sont connues aux endroits suivants :

- Entrée du mélange dans la colonne de rectification

- Tête de la colonne

- Sortie du condenseur

- Condensats

- Sortie du bouilleur

On suppose que l’enthalpie de l’éthanol et de l’eau à 273.15 K est nulle.


Tout d’abord, l’utilisateur renseigne le débit de solution rentrant dans la colonne de distillation.

Puis, il indique le taux de reflux préconisé pour le bon fonctionnement de l’installation.

Ensuite, il renseigne les caractéristiques du fluide (Température, pression et titre massique en

éthanol) en entrée et souhaitées en sortie du condenseur afin de connaître la puissance requise pour

le refroidissement du distillat.

Pour finir, il indique les caractéristiques du fluide en entrée et souhaitées en sortie du bouilleur afin

que le modèle en déduise la puissance du bouilleur.

Ainsi, on en déduit le schéma de fonctionnement suivant pour le modèle « colonne de distillation » :

Caractéristiques du fluide rentrant

dans la colonne

Caractéristiques du fluide en entrée et

désirées en sortie des 2 échangeurs.

Colonne de distillation

Puissance requise pour le

condenseur

Puissance requise pour le

bouilleur

Taux de reflux

Figure 40 : Schéma de fonctionnement de la modélisation "Colonne de distillation"

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Le logiciel IEMT (Interactive Energy Mapping Tool)

Ce logiciel, dans la même logique que le logiciel de simulation dynamique TRNSYS, consiste à faire

interagir les différents modèles crées lors de ce projet afin d’obtenir, pour un régime de

fonctionnement donné et des directives de fonctionnement, un « équilibre » de fonctionnement qui

nous renseignerait sur les consommations énergétiques de chaque équipement afin de calculer les

coûts de fonctionnement de l’installation. A un plus long terme, ce logiciel devrait permettre au

client audité de choisir de paramétrer son installation au jour le jour pour avoir un régime de

fonctionnement le plus efficient possible.

Cependant, pour des raisons de compétences limitées en informatiques, c’est une personne plus

qualifiée dans ce domaine qui programmera ce logiciel. Ainsi, chacun des modèles créés sera une

base pour la programmation du futur logiciel IEMT et a donc demandé un travail soigneux

d’organisation dans la programmation des modélisations afin qu’une autre personne puisse

récupérer ce travail et l’utilise dans l’accomplissement de la finalité de ce projet.

Une piste exploitable est d’utiliser le logiciel Microsoft Visio qui n’est à la base qu’un logiciel

permettant de faire des schémas. Cependant ce logiciel utilise également le langage VBA et pourrait

donc être utilisé comme interface graphique pour relier les différents modèles entre eux et donc

modéliser une installation industrielle.

Figure 41 : Exemple d'installation modélisable par le logiciel IEMT

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Conclusion

Les modélisations réalisées ont été créés dans un but précis : aider les ingénieurs de la société

EcoGreenEnergy à réaliser des audits de plus en plus complets et pertinents. Ainsi, si les modèles

proposés n’ont pas la logique de fonctionnement que l’on aurait pu attendre, c’est avant tout parce

qu’ils sont élaborés de manière pragmatique pour répondre aux besoins de leurs futurs utilisateurs

qui, dans la majorité de leurs audits, ne connaissent que certaines informations sur le

fonctionnement des équipements thermiques mis en jeu. Ainsi, c’est pourquoi la plupart des

modélisations est orientée vers le calcul de la consommation énergétique des équipements

modélisés et par les caractéristiques des fluides en sortie de ces appareils. A titre d’exemple,

plusieurs modélisations ont été utilisées au cours de ce projet de fin d’études dans des audits

énergétiques réalisés par la société.

Les modélisations ont été développées dans une optique « d’adaptabilité ». En effet, l’idée est que

pour un équipement thermique donné, n’importe quelle référence disponible sur le marché est

modélisable. Cependant cette polyvalence a un côté négatif qui est que l’on ne peut pas rentrer au

cœur du fonctionnement d’un modèle d’équipement particulier et l’on est donc obligé d’utiliser des

formules générales qui sont applicables à tous les types de technologies existantes.

Puis, afin d’éviter des erreurs dues à des données en entrée qui ne seraient pas compatible avec le

fonctionnement de la modélisation, on a mis en place des bornes de fonctionnement qui empêchent

l’utilisateur de rentrer des données erronées dans les modèles afin d’éviter tout résultat défectueux.

La liste des bornes mises en place est donnée en annexe.

Contrairement à ce que l’on pourrait croire, ce n’est pas la recherche des formules régissant les

équipements thermiques étudiés qui a été le plus dur dans ce projet, en effet, les modules suivis ces

3 dernières années et la collection de ressources documentaires des techniques de l’ingénieur

disponible à la société étaient très complet de ce point de vue. En effet la difficulté majeure de ce

projet fut d’apprendre à maîtriser le langage VBA que l’on n’apprend pas pendant notre cursus. La

seconde plus grosse difficulté fut de trouver des tables renseignant sur l’enthalpie d’un mélange

eau/éthanol en fonction de sa température, sa pression et son titre massique en éthanol. En effet,

pour ce dernier point, M. Triboix m’a immédiatement orienté vers le spécialiste en chimie M. Denier

qui m’a remis une thèse sur le sujet. Bien que cette thèse ne me renseigne pas sur la plage de

température qui m’intéressait, c’est en lisant celle-ci et en apprenant la méthode à utiliser pour

calculer une enthalpie de mélange que j’ai trouvé un site internet qui utilisait les mêmes formules,

mais qui cette fois utilisait des valeurs tabulées correspondant au régime de température recherché.

La possibilité de réaliser un tel projet m’a permis de me familiariser avec la branche des audits

énergétiques dans l’industrie. En effet, cette filière très intéressante et peu exploité dans le cursus de

la spécialité Génie Climatique et Energétique demande de bonnes connaissances dans les

équipements thermiques industriels. A titre d’exemple, ce projet m’a fait découvrir plus en détail des

équipements tels que les dégazeurs thermiques ou encore les colonnes de distillation, que ce soit

leur fonctionnement ou leurs différentes technologies.

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Bibliographie

a ) Chaudière

Site internet : http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=10987

Site internet pour les valeurs des PCI et PCS de différents combustibles :

http://www.chaudiere-leguide.com/rubriques/approche-technique/rubriques/approche-

technique/

Cours : TP de chauffage – Denis Burger – GCE 3 et GCE 4

b ) Concentrateur

ADEME : L’évapoconcentration, 15/06/2006

APESA : L’évapoconcentration, Formation, Evapoconcentration des effluents industriels, Juin

2007

c ) Colonne de distillation

C. Dernane et A. Laouir : Etude comparative entre une distillation conventionnelle et une

distillation diabatique, Revue des Energies Renouvelables CISM’08 Oum El Bouaghi (2008)

123 - 134

Cours de distillation, version enseignant, Lycée N.L. Vauquelin

P. C. Wankat: Separation Process Engineering, 3rd ed., Upper Saddle River, NJ: Pearson,

2012.

J. A. Larkin: Thermodynamic Properties of Aqueous Non-Electrolyte Mixtures I. Excess

Enthalpy for Water + Ethanol at 298.15 to 383.15 K, Journal of Chemical

Thermodynamics, 7(2), 1975 pp. 137–148.

R. H. Perry and D. W. Green: Perry's Chemical Engineers' Handbook, 7th ed., New York:

McGraw–Hill, 1997.

Site internet :

http://demonstrations.wolfram.com/PonchonSavaritDiagramForAnEthanolWaterBinaryMixt

ure/

d ) Dégazeur de chaudière

Site internet :

http://www.lenntech.fr/applications/process/chaudiere/chaudiere/desaeration.htm

e ) Echangeur de chaleur

Pascal Tobaly : Echangeur de chaleur, IUT de Saint Denis, 14 mars 2002

J. Brau : Echangeurs de chaleur, INSA de Lyon, 2006

Cours : les échangeurs – GCE 4 – Monica Sirroux

http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=10987

http://www.chaudiere-leguide.com/rubriques/approche-technique/rubriques/approche-technique/

http://www.chaudiere-leguide.com/rubriques/approche-technique/rubriques/approche-technique/

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f ) Pompe

Cours : Turbomachines – Armand Erb – GCE 4

Michel Pluviose et Christelle Périlhon : Description et Principes de bases, Techniques de

l’ingénieur, BM 4 280

g ) Ventilateur

Jean-Marie Mérigoux : Ventilateurs Compresseurs, Notions fondamentales et

Dimensionnement, Techniques de l’ingénieur, BM 4 502

AIRAP : Documentation constructeur, Ventilateur VP 355x143

h ) Séchoir

Cours : L’air humide – Armand Erb – GCE 3

Cours : Traitement d’air – Bernard Flament – GCE 4

i ) Tour de refroidissement

Yves Jannot : L’air humide, septembre 2005

Maxime Duminil : Air humide, Techniques de l’ingénieur, B 2 230

CETIAT : Les différents procédés de refroidissement d’eau dans les installations industrielles et

tertiaires, Guide Technique

Légionella et tours aéroréfrigérantes, Guide des bonnes pratiques, juin 2001

Systèmes de refroidissement industriels, Document de référence sur les meilleures

techniques disponibles, Décembre 2001

Baltimore Aircoil International N.V. : Avenir des refroidisseurs d’eau atmosphériques, PRD

0403/3-0F, 2004

j ) Turbines

Professeur Robert Rey : Machines à fluides compressibles turbines et compresseurs, Arts et

Métiers ParisTech, Novembre 2008

PACER : Turbines hydrauliques, Energies renouvelables, 1995

k ) Hydraulique

Cours : Hydronique – Denis Burger – GCE 4

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Sommaire des figures

Figure 1 : Planning du Projet de Fin d'Etudes ......................................................................................................... 4

Figure 2 : Schéma de fonctionnement d'une modélisation .................................................................................... 6

Figure 3 : Une pompe industrielle ........................................................................................................................... 8

Figure 4 : Courbes de pompe en série et en parallèle ............................................................................................ 9

Figure 5 : Schéma de fonctionnement de la modélisation "Pompe" .................................................................... 10

Figure 6 : Un ventilateur centrifuge ...................................................................................................................... 11

Figure 7 : Schéma de fonctionnement de la modélisation "ventilateur" .............................................................. 12

Figure 8 : Une chaudière ....................................................................................................................................... 13

Figure 9 : Tableaux de pouvoirs calorifiques pour différents combustibles ......................................................... 14

Figure 10 : Facteur f pour différents combustibles ............................................................................................... 15

Figure 11 : Schéma de fonctionnement pour la modélisation "chaudière" .......................................................... 15

Figure 12 : Un échangeur à plaques ...................................................................................................................... 16

Figure 13 : Profil des températures pour un échangeur co-courant..................................................................... 16

Figure 14 : Profil des températures pour un échangeur contre-courant .............................................................. 16

Figure 15 : Schéma de fonctionnement de la modélisation "échangeur" (Régime connu) .................................. 20

Figure 16 : Schéma de fonctionnement de la modélisation "échangeur" (Régime inconnu) ............................... 20

Figure 17 : Une tour aéroréfrigérante ................................................................................................................... 21

Figure 18 : Schéma d'une tour aéroréfrigérante en circuit ouvert ....................................................................... 21

Figure 19 : Schéma d'une tour aéroréfrigérante en circuit fermé ........................................................................ 22

Figure 20 : Schéma de fonctionnement de la modélisation "Tour de refroidissement" ...................................... 23

Figure 21: Représentation d'une turbine vapeur .................................................................................................. 24

Figure 22: Schéma de fonctionnement de la modélisation "Turbine vapeur" (Courbe de puissance connue) .... 25

Figure 23: Schéma de fonctionnement de la modélisation "Turbine vapeur" (Courbe de puissance inconnue) . 25

Figure 24 : Représentation d'un séchoir ............................................................................................................... 26

Figure 25: Schéma d'un séchoir ............................................................................................................................ 26

Figure 26: Schéma de fonctionnement de la modélisation "Séchoir" .................................................................. 28

Figure 27: Représentation d'un concentrateur triple effet ................................................................................... 29

Figure 28 : Schéma explicatif d'un concentrateur à plusieurs effets .................................................................... 29

Figure 29 : Schéma de fonctionnement de la modélisation "Concentrateur" ...................................................... 31

Figure 30 : Un dégazeur thermique industriel ...................................................................................................... 32

Figure 31 : Schéma descriptif d'un dégazeur thermique ...................................................................................... 32

Figure 32 : Schéma explicatif du fonctionnement d'un dégazeur thermique ....................................................... 33

Figure 33 : Schéma de fonctionnement de la modélisation "Dégazeur thermique" ............................................ 34

Figure 34 : Une colonne de distillation ................................................................................................................. 35

Figure 35 : Schéma explicatif du fonctionnement d'une colonne de distillation .................................................. 35

Figure 36 : Schéma descriptif d'une colonne de distillation ................................................................................. 36

Figure 37 : Valeurs tabulées des coefficients utilisés dans le calcul de l'enthalpie de mélange pour le fluide

eau/éthanol ........................................................................................................................................................... 38

Figure 38 : Courbes d'enthalpie du mélange eau éthanol pour une pression de 1.01125 bar ............................. 38

Figure 39 : Table de valeurs d'enthalpie massique pour le mélange eau/éthanol ............................................... 39

Figure 40 : Schéma de fonctionnement de la modélisation "Colonne de distillation" ......................................... 40

Figure 41 : Exemple d'installation modélisable par le logiciel IEMT ..................................................................... 41

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Sommaire des annexes

DETAILS DES CALCULS POUR LES DEBITS DE VAPEUR ET DE LIQUIDE D’UNE SOLUTION DIPHASIQUE ....... 2

A ) NOTATIONS ................................................................................................................................................... 2

B ) RAISONNEMENT .............................................................................................................................................. 2

DETAILS DES CALCULS POUR LA DETERMINATION DE L’ENTHALPIE D’UN MELANGE EAU/ETHANOL ....... 4

A ) NOTATIONS ................................................................................................................................................... 4

B ) RAISONNEMENT .............................................................................................................................................. 4

1 ) Calcul de la température d’ébullition de la solution .............................................................................. 4

2 ) Calcul de l’enthalpie ............................................................................................................................... 5

3 ) Formules finales ..................................................................................................................................... 8

BORNES DE FONCTIONNEMENT DES MODELISATIONS ............................................................................. 9

A ) LA CHAUDIERE ................................................................................................................................................ 9

B ) LE DEGAZEUR THERMIQUE ................................................................................................................................. 9

C ) L’ECHANGEUR DE CHALEUR ............................................................................................................................... 9

D ) LA POMPE ................................................................................................................................................... 10

E ) LE SECHOIR .................................................................................................................................................. 10

F ) LA TOUR AEROREFRIGERANTE .......................................................................................................................... 10

G ) LA TURBINE VAPEUR ...................................................................................................................................... 11

H ) LE VENTILATEUR ........................................................................................................................................... 11

I ) LE CONCENTRATEUR ...................................................................................................................................... 12

J ) LA COLONNE DE DISTILLATION .......................................................................................................................... 12

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Présentation de l’entreprise

La SARL EcoGreenEnergy a été créée en août 2008 par Melle Amandine Aubert (gérante actuelle).

Cette entreprise innovante est spécialisée dans le diagnostic énergétique, la conception et la

mise en œuvre d’installations visant à réduire les consommations thermiques des procédés

industriels. Elle est basée à Strasbourg et compte 8 salariés.

L’entreprise est organisée de la manière suivante :

FRECHARD Romuald

Etudiant PFE

AUBERT Amandine

Directrice générale

Directrice financière

RUMP Freddy

Directeur technique

Directeur R&D

MARCHAND Rémi

Ingénieur développement

Ingénieur projets

OBRECHT Bruno

Responsable matériel

Ingénieur projets

QUERARD Jean-Philippe

Ingénieur projets

VERJAT Flavien

Animateur R&D

Ingénieur projets

GANTCHEVA Ralitsa

Responsable achats

Assistante direction

SCHMITT Olivier

Responsable

Informatique

Documents

Pojet de Fin d’Etudes - eprints2.insa-strasbourg.freprints2.insa-strasbourg.fr/1402/1/1_SYNTHESE.pdf · Etude : Modélise les é uipements the miues d’une usine agoalimentaie