Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Echangeur de Chaleur : Un échangeur de chaleur est un dispositif permettant de

Echangeur de Chaleur : 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, une paroi qui est le plus souvent métallique ce qui favorise les échanges de chaleur. Le ﬂuide chaud se refroidit au contact du ﬂuide froid et le ﬂuide froid se réchauffe au contact du ﬂuide chaud jusqu'à ce que l’équilibre thermique entre les deux milieux soit obtenu ; c’est le principe zéro de la thermodynamique sur lequel le mode opératoire des échangeurs de chaleur est principalement basé. La plupart du temps, on utilise cette méthode pour refroidir ou réchauffer un liquide ou un gaz qu’il est impossible ou difficile de refroidir ou chauffer directement, par exemple l’eau d’un circuit primaire de refroidissement, d’une centrale nucléaire. L’échangeur de chaleur le plus commun est celui à plaques. De nouveaux échangeurs à fils fins permettent des échanges eau / air à très faibles écarts de température en chauffage ou refroidissement On le voit, le principe général est simple mais il donne lieu à un grand nombre de réalisations Différentes par la conﬁguration géométrique, la quantité de chaleur transférée dépend de la surface d’échange entre les deux ﬂuides mais aussi de nombreux autres paramètres comme : les températures d’entrée et des caractéristiques thermiques des ﬂuides (chaleurs spéciﬁques, conductivité thermique) des ﬂuides ainsi que des coefﬁcients d’échange par convection. Ce dernier paramètre dépend fortement de la conﬁguration des écoulements et une étude précise doit faire appel à la mécanique des ﬂuides. - schéma général d’un échangeur de chaleur On peut avoir différentes dispositions des fluides dans un échangeur de chaleurs. - À courant Co-courant: les deux fluides sont disposés parallèlement et vont dans le même sens. - À contre courant: idem, mais les courants vont dans des sens opposés. - À courant croisé: les deux fluides sont positionnés perpendiculairement. -À tête dépingle : un des deux fluides fait un demi-tour dans un conduit plus large, que le deuxième fluide traverse. Cette configuration est comparable à un échangeur à courant parallèle sur la moitié de la longueur, et pour l’autre moitié à un échangeur à contre courant. L’échange de chaleur se fait de différentes façons : - par conduction qui est un mode de transfert thermique provoqué par une différence de température entre deux régions d'un même milieu, ou entre deux milieux en contact, et se réalisant sans déplacement global de matière. Elle peut s'interpréter comme la transmission de proche en proche de l'agitation thermique : un atome (ou une molécule) cède une partie de son énergie cinétique à l'atome voisin. - par convection qui est un mode de transfert qui implique un déplacement de matière dans le milieu, par opposition à la conduction thermique. La matière est advectée par au moins un fluide. - par rayonnement le transfert se fait par rayonnement électromagnétique. Quelle que soit sa température, un corps émet un rayonnement thermique, celui-ci est plus ou moins intense selon cette température. La longueur d'onde à laquelle est émise ce rayonnement dépend aussi de cette température. Ainsi, le rayonnement thermique émis par le Soleil est situé principalement dans le visible. Des corps plus froids comme les mammifères émettent quant à eux dans l'infrarouge. Etude bibliographique Il y a plusieurs types d’échangeurs thermiques: - Echangeur à plaques: L'échangeur à plaques est composé d'un grand nombre de plaques disposées en forme de millefeuilles et séparées les unes des autres d'un petit espace où circulent les fluides. Les plaques d'échange sont désormais standardisées et elles sont réalisées en acier inoxydable, en nickel, et également en bronze. Chaque fluide, une fois connecté, circule respectivement de deux plaques en deux plaques et à contre- courant afin d’optimiser l’échange. On ne peut pas dépasser des pressions supérieures à 30 Atm et des températures supérieures à 150°C. AVANTAGES ● Très bon coefficient d’échange ● Faible encombrement ● Prix compétitifs ● Peu de pertes thermiques ● Appareil pouvant être nettoyé en place INCONVENIENTS ● Faible écart de température possible ● Perte de charge importante ● Pression de travail limitée Echangeur à spirales: Un échangeur de chaleur spiralé est un échangeur de chaleur circulaire doté de deux canaux spiralés concentriques, où les fluides circulent à contre-courant. Il possède une capacité autonettoyante garantissant un encrassement réduit. Il ne peut travailler qu'avec des différences de températures et de pression limitées. AVANTAGES ● Grande surface de contact ● Large passage ● Encombrement réduit ● Excellent condenseur ● Autonettoyant INCONVENIENTS ● Non démontable ● Ecarts de température limités - Echangeur à ailettes: Un échangeur à ailettes est un échangeur relativement simple il est constitué d’un conduit cylindrique ou rectangulaire sur lequel sont fixées des lames métalliques de différentes formes. Le fluide de refroidissement est en général l'air ambiant. On utilise également ce type d'installation pour refroidir les moteurs de voiture ou encore les moteurs en tout genre. AVANTAGES ● Bon rendement ● Peut prendre des formes précises INCONVENIENTS ● Craint les chocs - Echangeur à bloc L'échangeur à bloc consiste en un bloc d'une matière thermiquement conductrice percée de multiples canaux dans lesquels circulent deux fluides. il est réservé à des applications particulières, composé de Silicium parfois de graphite additionné a des polymère Il résiste aux environnement très corrosifs tels que les acides forts, les organiques de base et chlorés comme l’acide sulfurique, l’acide phosphorique, HF, NAOH , HCl … Il peut encore être composé de plusieurs parties empilées de manière à permettre les fluides de passer d'une partie à une autre. AVANTAGES ● Bonne résistance chimique ● Inertie ● Peu de pertes thermiques ● Excellent condenseur ● Modulable INCONVENIENTS ● Sensible aux grands écarts de température ● Sensible aux chocs ● Coefficients de transfert moyen Colonne de Bouhy La colonne de Bouhy est un dispositif thermodynamique original destiné au séchage de l'air comprimé par voie frigorifique , c’est un échangeur à tête d'épingle auquel a été ajouté un séparateur air/eau centrifuge dans la partie inférieure Ce dispositif particulièrement original offre l'avantage de concentrer plusieurs fonctions dans un dispositif monobloc, Elle dispose de deux échangeurs coaxiaux, le premier servant à amener l'air en dessous de son point de rosée, le second servant à la fois à ramener l'air à une température convenant à son utilisation et surtout à augmenter l'efficacité du refroidissement. Ainsi elle débarrasse l'air comprimé de son humidité qui se concentre à la sortie du compresseur dans les mêmes proportions que le taux de compression de l'air. La très forte concentration d'eau dans l'air comprimé est source d'importants dégâts dus à l'oxydation du matériel, de perturbations dans les processus industriels et d'usure prématurée du matériel. Echangeur a tube calendre Un échangeur de chaleur à tube est le type le plus répandu dans les raffineries de pétrole et d'autres procédés chimiques, Il est adapté pour des applications de haute pression. L’appareil est constitué d’un faisceau de tubes, disposés à l’intérieur dune enveloppe dénommée calandre. Lun des fluides circule à l’intérieur des tubes et l’autre à l’intérieur de la calandre, autour des tubes. On ajoute en général des chicanes dans la calandre, qui jouent le rôle de promoteurs de turbulence et améliorent le transfert à l’extérieur des tubes. A chaque extrémité du faisceau sont fixées des boites de distribution qui assurent la circulation du fluide à l’intérieur du faisceau en une ou plusieurs passes. La calandre est elle aussi munie de tubulures d’entrée et de sortie pour le second fluide (qui circule à l’extérieur des tubes) suivant le chemin imposé par les chicanes Avantages : - résistent aux fortes pressions - pour toutes les puissances - économique - accepte des écarts de température - peut être utilisé en condensation partielle Inconvénients : contraintes sur les tubes difficulté de nettoyages (multitubes) sensible aux vibrations En vu des contraintes mécanique subi par l’échangeur de chaleur comme : La Pression : les échanges thermiques concernent souvent les fluides sous pression, la structure de l’changeur doit résister a celle-ci la température : les différences de temperature au sein des échangeurs peuvent entrainer des contraintes mécaniques dangereuses Mais aussi des contraintes de process comme : Le volume alloué a l’échangeur qui peut imposer des modifications dans le nombre de passage de tubes dans la calendre ou l’utilisation de montage en parallèle et en série. Le changement de phase : certains échangeurs ont pour fonction de faire évaporer un fluide, Dans ce cas il faut prévoir un volume suffisant pour ce changement de phase et une sortie par le haut pour la vapeur. Une normalisation a été fixée pour diriger la fabrication. Conclusion : la conception des échangeurs impose en général des compromis pour répondre au mieux à toutes ces contraintes et il convient de toujours terminer la démarche de conception par un calcul de validation. uploads/Finance/ halm-tub.pdf