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DUT GENIE THERMIQUE ET ENERGIE GTE MINI Réalisée par : Encadré par : EDDAHANI c

DUT GENIE THERMIQUE ET ENERGIE GTE MINI Réalisée par : Encadré par : EDDAHANI chaimae Mr AGOUNOUN Année universitaire : 2018/ 2019 Mini projet : Etude expérimentale d’un échangeur de chaleur à tube concentrique 2 | P a g e PLAN : Introduction I. Présentation générale des échangeurs Définition Fonctionnement Application Différents classements Circulation des fluides II. Description des Table modulaire Description de l’échangeur tubulaire concentrique TD360a Système VDAS III. Calcul thermique d’un échangeur de chaleur Notation Équations utilisées et théorie : IV. Expériences Procédure Résultats Conclusion 3 | P a g e Introduction : Sans conteste l’échangeur de chaleur (ou échangeur thermique) occupe une place primordiale et indispensable dans tous les systèmes thermiques, qu’il soit pour un usage industriel (chimie, pétrochimie, sidérurgie, agroalimentaire –IAA-, production d’énergie), pour l’automobile, l’aéronautique ou le bâtiment résidentiel ou tertiaire. De manière générale, on s’accorde à dire que plus de 90% de l’énergie thermique utilisée dans les procédés industriels transite au moins une fois par un échangeur de chaleur. C'est pourquoi il faut que les ingénieurs qui étudient la thermodynamique et le transfert de chaleur doivent savoir comment fonctionnent les différents échangeurs de chaleur. Ils peuvent utiliser cette information pour décider de l'échangeur de chaleur correct pour leurs propres conceptions. Objectif : Ce travail est pour objectif de l’exploitation d’un échangeur de chaleur à tube concentrique TD 360a, pour comprendre son fonctionnement, réaliser des tests avec cet échangeur, effectuer une comparaison avec les résultats des tests. Pour atteindre cet objectif nous avons introduit le travail par une exposition des domaines d’application de ce type d’échangeur, un aperçu sur les échangeurs de chaleurs industriels eau- eau. Ensuite nous avons présenté une classification des échangeurs de chaleur selon quelques critères fixés. Puis nous avons exposé une description de l’échangeur TD360 a ainsi que la liste des expériences à réaliser. Les résultats obtenus pour différents tests et différents montages, ainsi qu’une discussion. Ce travail nous a permis de comprendre le fonctionnement de ce type d’échangeur qui représente plusieurs échangeurs utilisés dans l’industrie et cela par le calcul du coefficient de 4 | P a g e transfert de chaleur, de l’efficacité et de la différence de températures moyenne logarithmique pour les deux modes de fonctionnement, aussi pour différentes valeurs de débits. I .Présentation générale des échangeurs Définition : Un échangeur de chaleur est un dispositif permettant de transférer de l'énergie thermique d'un fluide vers un autre sans les mélanger. Le flux thermique traverse la surface d'échange qui sépare les fluides. L'intérêt du dispositif réside dans la séparation des deux circuits et dans l'absence d'autres échanges que la chaleur, gardant à chaque fluide ses caractéristiques physico-chimiques inchangées (pression, concentration en éléments chimiques...) hormis bien sûr leur température et/ou leur état. Un échangeur se caractérise par les fluides en présence, le but recherché et la puissance à mettre en œuvre ; ces critères déterminent sa forme et ses dimensions optimales. Fonctionnement d'un échangeur thermique : Un échangeur thermique ne mélange pas les deux fluides, il permet simplement le transfert de chaleur entre les deux. Pour cela, les deux fluides sont séparés par une paroi très conductrice (cuivre, aluminium, inox, acier). L'écart de température entre les deux fluides permettra le transfert de chaleur, la chaleur allant toujours du plus chaud vers le plus froid. De ce fait, au niveau de l'échangeur, le premier fluide entre chaud et ressort refroidi, tandis que le second fluide entre froid et ressort plus chaud. Au sein d’un échangeur de chaleur on peut trouver les modes d’échange suivants: Conduction : c’est la propagation de la chaleur dans la matière, sans transfert de masse. À travers les solides, la conduction assure un bon transfert de chaleur. Convection : ce mode de transfert de chaleur apparaît entre deux phases dont l'une au moins est mobile, en présence d'une différence de température. Le mouvement des phases peut être provoqué par des différences de densité dans le fluide, le transfert de chaleur est dit de convection naturelle ou libre. Le mouvement peut être provoqué par une dégradation d'énergie mécanique, le transfert de chaleur est dit de convection forcée. Cette dernière est essentielle pour ces appareils (échangeurs). 5 | P a g e Rayonnement : c’est l’émission d’énergie par les surfaces des corps sous forme de radiation. Elle correspond à un échange de chaleur par l'intermédiaires d'une onde de nature électromagnétique et qui ne nécessite aucun support matériel (cas du vide, certains gaz plus ou moins transparent et de certains solide). Donc, le transfert de chaleur qui a lieu au sein d’un échangeur fait intervenir le mode convectif dans chacun des deux fluides et le mode conductif à travers la paroi qui les séparent. Généralement, le rayonnement est faible et sera négligé. Applications : Les échangeurs thermiques peuvent assurer plusieurs fonctions :  Préchauffeur ou refroidir d’un liquide ou d’un gaz  ils peuvent servir à refroidir un fluide chaud dans le but d'éviter des dommages dus à une température trop élevée ; c'est le cas typique du radiateur automobile  ils peuvent encore transférer de l'énergie depuis un milieu qu'on veut garder confiné vers un système plus accessible comme dans une centrale nucléaire  Ils peuvent servir à recycler la chaleur avant son rejet dans le milieu naturel, comme le fait un récupérateur sur air vicié dans une installation de ventilation à double flux  les échangeurs de chaleur sont indispensables au fonctionnement d'une machine frigorifique, qu'il s'agisse d'un frigo, d'un climatiseur ou d'une pompe à chaleur Différents classements : Il existe différents classements des échangeurs de chaleur suivant le critère utilisé. Le classement peut être envisagé en fonction :  de la nature des deux fluides ;  du mode de circulation des fluides ;  du mode de transfert de chaleur ;  du contact direct ou non entre les deux fluides ;  du mode de construction ;  l'application concernée. Circulation des fluides : Au sein de l’appareil, la circulation des fluides peut être organisée de plusieurs façons : 6 | P a g e  à co-courant ou courants parallèles (anti-méthodique) : les fluides parcourent la surface d’échange dans le même sens.  à contre-courant ou à courants opposés (méthodique) : l’écart de température reste alors important sur toute la surface d’échange.  à courants croisés : ce fonctionnement est considéré comme étant intermédiaire aux modes co-courants et contre-courants. REMARQUE : Le mode de circulation influe également sur la qualité et l’efficacité du transfert. Un échangeur à co-courants signifie que l’entrée des deux fluides (chaud et froid) se situe du même coté de l’échangeur. La configuration dite méthodique est celle ou les fluides circulent à contre-courants. On l’appelle méthodique car c’est cette configuration qui permet d’obtenir les meilleures performances d’échangeurs. En effet, pour une circulation à co-courant des fluides, la température de sortie du fluide chaud ne pourra pas être plus basse que la température de sortie du fluide froid tandis qu’à contre courant, il est possible d’abaisser la température du fluide chaud à une valeur qui tendra vers la température d’entrée du fluide froid. Des représentations graphiques illustreront plus loin ces distinctions. 7 | P a g e II. Description des matériels : Table modulaire : La partie principale est le module de service TD360 (figure1). C'est un cadre compact avec deux circuits d'eau (chaud et froid) et des instruments pour mesurer et afficher le débit et la température de l’eau, permettant d'accueillir plusieurs types d’échangeurs de chaleur. Ce module assure une alimentation stable du débit et de la température d’eau chaude et d’eau froide à l'échangeur. Les circuits d'eau froide et d'eau chaude ont des connecteurs. Figure 1: Table modulaire TD360 8 | P a g e Différents composants du module : (Figure 2et 3)  Réservoir d'eau de capacité 7.5 litres comportant un indicateur de niveau d'eau avec une résistance électrique contrôlée Par un régulateur PID (1);  Une pompe avec un débit de 4,5 l/min à 1 bar (2) ;  Une vanne électrique ouvrira l'alimentation en eau du réservoir (3) ;  Lampes témoin de l'état du réservoir : plein, à moitié plein, vide (4) ;  Le circuit d'eau froide possèdera un régulateur de débit (5) ;  Quatre connecteurs pour thermocouple de type K avec un afficheur numérique  (6) ;  Des thermocouples au niveau des connecteurs rapides pour le retour ou la sortie de chaque fluide (7);  Deux afficheurs numériques multi lignes afficheront les valeurs des températures et des débits pour chacun des fluides(8) ; Figure 2. Réservoir, pompe et vanne électrique 9 | P a g e Figure 3 composants de module suite Chaque échangeur possèdera une plaque support pour le fixer sur la base du banc à l'aide de quatre écrous moletés avec schéma synoptique montrant le détail des raccordements à effectuer. Figure 4 Plaque support Remarque : Ce module est accompagné des échangeurs de chaleur en option TD360a, TD360b, TD360c et TD360d. Chaque échangeur de chaleur se place à l'avant du module de service et se connecte à ses circuits d'eau uploads/Finance/ cfguklllllnbbn.pdf