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MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSIT

MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITÉ DES SCIENCES ET TECHNOLOGIE BLIDA 1 FACULTÉ DE TECHNOLOGIE DÉPARTEMENT DES ÉNERGIES RENOUVELABLES PROJET PERSONNEL EN LICENCE ENERGIE RENOUVELABLE : Etude et dimensionnement d’un échangeur à plaques pour un système solaire collectif Encadrés par :-Pr.MERZOUK Mus Réalisé par :-DJEBAR Mohamed -TALEB Wiam Juillet 2019 INTRODUCTION GENERALE : L’échange thermique dans l’industrie, est un facteur important lorsque l’on considère la performance des installations industrielles. Un échange thermique efficace est bien souvent synonyme de performance accrue, et donc d’économies d’énergie, de réduction des coûts et de diminution importante de l’impact environnemental du site. Il est donc important d’optimiser l’échange thermique dans les installations industrielles, notamment parce qu’il permet parfois de récupérer l’énergie et donc d’améliorer encore plus la performance énergétique La pièce maîtresse de l’échange thermique, c’est bien entendu l’échangeur de chaleur. C’est lui qui conditionne l’efficacité du transfert de chaleur, et donc en fin de compte la performance énergétique. Il est donc extrêmement important de choisir un échangeur de chaleur adapté à l’application dans laquelle il est utilisé. Le choix d’un échangeur de chaleur, pour une application donnée, dépend de nombreux paramètres : domaine de température et de pression des fluides, propriétés physiques et agressivité de ces fluides, maintenance et encombrement. Il est évident que le fait de disposer d’un échangeur bien adapté, bien dimensionné, bien réalisé et bien utilisé permet un gain de rendement et d’énergie des procédés. Il faut donc considérer attentivement toutes les options disponibles et être sûr de choisir la bonne, pour profiter au mieux du retour sur investissement , Vu l’importance industrielles des échangeurs de chaleur, il existe une diversité des différents types d’échangeurs de chaleur qui ont de nombreuses applications dans les différentes domaines. On s’intéresse dans cette étude aux échangeurs à plaques et joints qui sont très utilisés dans le domaine géothermique. Situation de l’étude : L’échangeur de chaleur est un équipement permettant de transmettre de la chaleur d’un fluide chaud à un fluide froid sans contact direct entre les deux.Le même fluide peut conserver son état physique liquide ou gazeux,ou se présenter successivement sous les deux phases.Il est caractérisé par une grande diversité géométrique. Ce dernier est un appareil thermique de grande importance dans les installations thermiques et énergétiques (par exp :dans un système solaire collectif).On rencontre au moins un échangeur de chaleur dans une installation thermique.Parmi les types qui existent actuellement dans l’industrie on trouve l’échangeur à plaques qui représente le sujet de notre étude. Le souci technologique majeur des échangeurs de chaleur est l’amélioration de l’échange thermique entre les deux fluides tout en générant le moins de pertes de charges ou de les réduire à leur plus bas niveau possible. Avant d’utiliser un échangeur de chaleur dans un système quelconque, il faut faire un dimensionnement, ce dernier passe par plusieurs étapes : Le choix technologique qui est la tache de thermicien. Le calcul thermique qui dépend des données : soit la méthode de ∆TML (différence de température moyenne logarithmique) ou la méthode NUT (nombre d’unités de transfert). Le calcul des pertes de charge. Vu la diversité des échangeurs de chaleur, le problème qui se pose c’est lors de leurs dimensionnements et le choix de la technologie qui répond aux maximum des contraintes. Objectif spécifique de la présente étude : L’objectif principal de notre travail est l’étude et le dimensionnement d’un échangeur à plaques pour un système solaire collectif.Après l’avoir dimensionner on étudiera les performances de l’échangeur sous différents sollicitations. Organisation de travail : Le présent mémoire comporte trois chapitres :  Après cette brève introduction, nous abordons dans le premier chapitre une généralité sur les échangeurs.  Le deuxième chapitre présente le dimensionnement d’échangeurs à plaques.  Le troisième chapitre, présenté les résultats obtenus et les discutés.  Finalement, ce mémoire sera terminé par une conclusion générale qui résume les principaux résultats obtenus et les perspectives proposés dans le cadre de ce travail. Chapitre I: Recherche bibliographique Introduction : Dans les sociétés industrielles, l’échangeur de chaleur est un élément essentiel de toute politique de maîtrise de l’énergie. Une grande part (90 %) de l’énergie thermique utilisée dans les procédés industriels transite au moins une fois par un échangeur de chaleur, aussi bien dans les procédés eux-mêmes que dans les systèmes de récupération de l’énergie thermique de ces procédés. On les utilise principalement dans les secteurs de l’industrie (chimie, pétrochimie, sidérurgie, agroalimentaire, production d’énergie, etc.), du transport (automobile, aéronautique), mais aussi dans le secteur résidentiel et tertiaire (chauffage, climatisation, etc.). pour cela l’objectif de ce chapitre est de donner quelques généralités sur ces équipements. Echangeurs de chaleur : I. Définition générale des échangeurs de chaleur : Les échangeurs de chaleur sont des dispositifs qui permettent le transfert d’énergie thermique entre deux fluides séparés par une surface solide. Ils représentent des instruments clés dans un champ d’application très large : la production d’énergie mécanique ou électrique à partir de l’énergie thermique, la récupération de l’énergie résiduelle, le chauffage et le conditionnement de l’air, différentes industries-chimiques, alimentaires ou manufacturières, la technique de réfrigération…etc. I.1.2 Principe général de fonctionnement : 1 Le principe le plus général consiste à faire circuler deux fluides à travers des conduits qui les mettent en contact thermique. Les deux fluides sont mis en contact thermique à travers une paroi qui est le plus souvent métallique(Figure 1) ce qui favorise les échanges de chaleur. Les deux fluides échangent de la chaleur à travers la paroi d’où le nom de l’appareil. Le principe général est simple mais il donne lieu à un grand nombre de réalisations différentes par la configuration géométrique. Le principal problème du thermicien, consiste à définir une surface d’échange suffisante entre les deux fluides pour transférer la quantité de chaleur nécessaire dans une configuration donnée. Les flux de chaleur transférés vont dépendre des températures d’entrée et des caractéristiques thermiques des fluides (chaleur spécifiques, conductivité thermique…etc) ainsi que des coefficients d’échange par convection. Figure 1 : Echangeur thermique. I.1.3 Critères de classement des échangeurs:2 1 Pascal T. Echangeurs de chaleurs. 14 Mars 2002. Il existe plusieurs critères de classement des différents types d’échangeurs.les principaux : a) Type de contact : Échangeurs à contact direct: Le type le plus simple comprend un récipient ou canalisation dans lesquelles deux fluides sont directement mélangés et atteignent la même température finale. Échangeurs à contact indirect :les deux fluides s'écoulent dans des espaces séparés par une paroi. b) classement suivant les types d’échange : Échangeur sans changement de phase: Les échangeurs de chaleur sans changement de phase correspondent aux échangeurs dans lesquels l'un des fluides se refroidit pour réchauffer le deuxième fluide sans qu'il y ait changement de phase.les températures des fluides sont donc variables, tout le long de l'échangeur. Échangeur avec changement de phase: Les échanges avec changement de phase sont caractérisés par trois cas différents: 1- l'un des fluides se condense alors que l'autre se vaporise : ces échangeurs sont rencontrés dans les machines frigorifiques. 2- le fluide secondaire se vaporise en recevant de la chaleur du fluide primaire, lequel ne subit pas de changement d'état. Ils sont appelés évaporateurs. 3- le fluide primaire se condense en cédant sa chaleur latente au fluide secondaire plus froid, lequel ne subit pas de transformation d'état. c) Classement suivant la disposition des écoulements : • les écoulements à contre-courant, dans lequel les fluides circulent parallèlement et en sens contraire. • les écoulements co-courant, dans lequel les fluides circulent parallèlement et dans le même sens • les écoulements croisés, dans lesquels les fluides circulent dans des directions perpendiculaires. Figure 2 : différent modes de circulation 2 ANDRE BONTEMPS « ECHANGEUR DE CHALEUR » Université Joseph Fourier, Institut universitaire de Technologie,Département Génie thermique et Énergie (Grenoble) Figure 3 : La distribution de température dans un échangeur. d) Classement technologique : Les principaux types d’échangeurs rencontrés sont les suivants : A tubes : monotubes, coaxiaux ou multitubulaires . A plaques : à surface primaire ou à surface secondaire . Autres types : contact direct, à caloducs ou à lit fluidisé. II.1 Échangeurs tubulaires :3 Pour des raisons économiques, les échangeurs utilisant les tubes comme constituant principal de la paroi d’échange sont les plus répandus.On peut distinguer trois catégories suivant le nombre de tubes et leur arrangement, toujours réalisés pour avoir la meilleure efficacité possible pour une utilisation donnée : d.1.1.Échangeur monotube : (figure 2a) dans lequel le tube est placé à l’intérieur d’un réservoir et a généralement la forme d’un serpentin ; d.1.2. Échangeur coaxial : (figure 2b), dans lequel les tubes sont le plus souvent cintrés ; en général, le fluide chaud ou le fluide à haute pression s’écoule dans le tube intérieur ; d.1.3.Échangeur multitubulaire : existant sous quatre formes : échangeur à tubes séparés : (figure 2c) à l’intérieur d’un tube de diamètre suffisant se trouvent placés plusieurs tubes de petit diamètre maintenus écartés par des entretoises. L’échangeur peut être soit rectiligne, soit enroulé. échangeur à tubes rapprochés (figure 2d) : pour maintenir les tubes et obtenir un passage suffisant pour le fluide extérieur au tube, uploads/Finance/ chap-1-ppf.pdf