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TP D’ECHANGEUR DE CHALEUR INTODUCTION: L’échangeur de chaleur est un équipement

TP D’ECHANGEUR DE CHALEUR INTODUCTION: L’échangeur de chaleur est un équipement qui permet d’assurer un transfert de chaleur d’un fluide chaud à un fluide froid sans contact direct entre les deux fluides. Le même fluide peut conserver son état physique (liquide ou gazeux) ou se présenter successivement sous les deux phases : c’est le cas des condenseurs, évaporateurs, bouilleurs, ou des tours de refroidissement. L’appareil d’échangeur de chaleur à double tube a été conçu pour mettre en évidence les principes de fonctionnement des échangeurs de chaleur industriels. En principe, pour les échangeurs les plus courants dans l’industrie, les deux fluides s’écoulent dans des espaces séparés par une paroi ou cloison à faible inertie thermique à travers de laquelle les échanges se font par conduction. En effet, la chaleur que l’un des fluides cède à la paroi par convection le long de la surface de contact est transférée par conduction et, est cédée à l’autre fluide par convection le long de l’autre face. Le rayonnement n’intervient de manière significative que s’il existe des différences de température très importantes entre un fluide et la paroi. Principe de fonctionnement : Le principe est de faire circuler deux fluides à travers des conduits qui les mettent en contact thermique. Ces fluides sont mis en contact thermique à travers une paroi métallique ce qui favorise les échanges de chaleur. En général le fluide chaud cède de la chaleur au fluide froid. Les modes d’écoulement des fluides : Ecoulement des deux fluides parallèles et de même sens : Il s’agit d’échangeurs dits à co-courants où la température de fluide froid ne peut pas être supérieure à la température de sortie du fluide chaud. Les températures des fluides évoluent pendant leur traversée longitudinale de l’échangeur, à moins que l’un des fluides ne subisse un changement de phase, auquel cas sa température reste constante. Ecoulement des deux fluides parallèles mais de sens contraires : Il s’agit d’échangeurs à contre-courants où la température de sortie du fluide froid peut dépasser la température de sortie du fluide chaud. Cette disposition est la plus favorable pour l’échange thermique. TP01 : Etude de la configuration d’échange de chaleur Manipulation : Maintenir la température de l’eau chaude à 40°c ainsi que les débits (chauds et froid) à 200 l/h et 100 l/h. Relever les températures à l’entrée, au milieu et à la sortie de chaque circuit. En répétant 3 fois le processus avec une différence de température de l’eau chaude à l’entrée ΔT=3°C C’est-à-dire, de relevé les différentes températures à l’entrée et à la sortie de l’eau de manière expérimentale. Dans la suite, les grandeurs relatives au fluide chaud seront notées « c » (pour le fluide froid « f ») à l’indice. Objectif : Le but du TP est de est l’étude de la configuration d’échange de chaleur en mettant en évidence de façon précise l’importance des phénomènes suivants : Profil de température ; Ecoulement de courant de même sens ou de sens contraire ; Bilan énergétique ; Différence de température logarithmique ; Coefficient global de transfert de chaleur ; Rendement du transfert de chaleur. Calculs : Qvc = 200 l/h = 5.555×10-5 m3/s Qvf = 100 l/h = 2.78×10-5 m3/s; S = 0.073 m2 ; L=1.52 m Co-courant: a- Relevons les températures à l’entrée, au milieu et à la sortie de chaque circuit. Tce [°C] Tcs [°C] Tfe [°C] Tfs [°C] 40 36.1 16.4 25.7 43 38.3 16.5 26.8 46 40.9 16.7 28.1 49 43.2 16.8 29.4 b- Calcul des puissances émise, absorbée et dissipée. La puissance émise : Wc = QVcc Cpc (Tce – Tcs) Tmoyc [°C] Cpc [J/kg.K] ρc [kg/m3] Wc [W] 38.05 4178.62 992.841 898.883 40.65 4179.13 991.84 1089.2 43.45 4179.69 990.72 1173.13 46.1 4180.22 989.66 1331.7 La puissance absorbée : Wf = QVff Cpf (Tfs – Tfe) Tmoyf [°C] Cpf [J/kg.K] ρf [kg/m3] Wf [W] 21.05 4181.58 997.79 1077.85 21.65 4181.34 997.67 1194.5 22.4 4181.04 997.52 1321.76 23.1 4180.76 997.38 1460.6 c- Calcul : La puissance dissipée : Wp = Wc - Wf Le rendement de l’échange : = Wf / Wc Le ΔTLM : ΔTlm = (T ¿¿ce−T fe)−(T cs−T fs) ln( Tce−T fe T cs−T fs ) ¿ Le coefficient d’échange de chaleur : K=Wf/( ΔTlm .S) ; Wp [W] η [ ] ΔTlm [°C] K [W/m2.K] -178.96 1.19 16.108 916.6299 -112.3 1.103 17.968 910.675 -148.63 1.126 19.924 908.768 -128.9 1.096 21.716 921.358 Contre-courant : a- Relevons les températures à l’entrée, au milieu et à la sortie de chaque circuit : Tce [°C] Tcs [°C] Tfe [°C] Tfs [°C] 40 38 16.6 22 43 39.4 16.6 23.8 46 41.6 16.6 26.7 49 43.5 16.6 29.1 b- Calcul des puissances émise, absorbée et dissipée. La puissance émise : Wc = QVcc Cpc (Tce – Tcs) Tmoyc [°C] Cpc [J/kg.K] ρc [kg/m3] Wc [W] 39 4178.2 993.62 461.23 41.2 4179.24 991.62 828.76 43.8 4179.76 990.58 1011.99 46.25 4180.25 989.6 1263.88 La puissance absorbée : Wf = QVf f Cpf (Tfs – Tfe) Tmoyf [°C] Cpf [J/kg.K] ρf [kg/m3] Wf [W] 19.3 4182.42 998.154 626.01 20.2 4181.92 997.96 835.34 21.65 4181.34 997.67 1171.3 22.85 4180.86 997.43 1449.11 c- Calcul : La puissance émise : Wp = Wc - Wf ; Le rendement de l’échange : = Wf / Wc Le ΔTLM : ΔTlm = (T ¿¿ce−T fs)−(T cs−T fe) ln( T ce−T fs T cs−T fe ) ¿ Le coefficient d’échange de chaleur : K=Wf/( ΔTlm .S) Wp [W] η [ ] ΔTlm [°C] K [W/m2.K] -164.78 1.357 19.651 436.388 -6.58 1.007 20.948 546.258 -159.31 1.157 22.027 728.433 -185.23 1.146 23.224 854.754 Remarque : On remarque que les imperfections lors de la réalisation de notre travaux pratiques dans les deux configurations contre-courant et co-courant, ont causé le rendement supérieur à un (1), ce qui se traduit le fait que l’eau froide reçoit plus d’énergies que celles cédées par l’eau chaude. On constate aussi que la moyenne des températures logarithmique moyenne ∆TLM de la configuration co-courant est environ 19 °C et celle de la configuration contre-courant est environ 21°C, et un rendement presque les mêmes débits de l’eau chaude et les mêmes débits de l’eau froide dans les deux modes d’écoulements (co-courant et contre-courant). TP2 : Etude de l’effet du débit du fluide chaud sur les caractéristiques de l’échangeur Manipulation : Maintenir la température du courant chaud à 45°C et faisons varier son débit de 50 à 200 L/h le débit de courant froid est maintenu à 100 L/h. - En utilisant la configuration à contre courant et co- courant : Relever les températures à l’entrée, au milieu et à la sortie de chaque circuit. Objectif : Le but du TP est l’étude de l’effet du débit du fluide chaud sur les caractéristiques de l’échangeur en mettant en évidence de façon précise l’importance des phénomènes suivants : Profil de température ; Ecoulement de courant de même sens ou de sens contraire ; Bilan énergétique ; Différence de température logarithmique ; Coefficient global de transfert de chaleur ; Rendement du transfert de chaleur. Calcul : S=0.073m2 ; L=1.52m Co-courant: a- Relevons les températures à l’entrée, au milieu et à la sortie de chaque circuit : Qvc [ l/h] Qvf [ l/h] Tce [°C] Tcs [°C] Tfe [°C] Tfs [°C] 50 100 45 32.6 17.2 23.1 100 100 45 34.4 16.7 23.8 150 100 45 37.9 16.6 24.3 200 100 45 40.3 16.7 24.7 b- Calcul des puissances émise, absorbée et dissipée. La puissance émise : Wc = QVcc Cpc (Tce – Tcs) Tmoyc [°C] Cpc [J/kg.K] ρc [kg/m3] Wc [W 38.8 4178.76 992.55 714.31 39.7 4179.94 992.21 1220.88 41.45 4179.29 991.52 1225.88 42.65 4179.53 991.04 1081.54 La puissance absorbée : Wf = QVff Cpf (Tfs – Tfe) Tmoyf [°C] Cpf [J/m2.K] ρf [kg/m2] Wf [W] 20.15 4181.94 997.97 341.99 20.25 4181.9 997.95 823.07 20.45 4181.82 997.91 1338.86 20.7 4180.72 997.86 1854.56 c- Calcul : La puissance émise : Wp = Wc - Wf ; Le rendement de l’échange : = Wf / Wc Le ΔTLM : ΔTlm = (T ¿¿ce−T fe)−(T cs−T fs) ln( Tce−T fe T cs−T fs ) ¿ Le coefficient d’échange de chaleur : K=Wf/( ΔTlm .S) ; Wp [W] η [ ] ΔTlm [°C] K [W/m2.K] 372.32 0.48 17.04 274.92 397.81 0.67 18.02 625.68 -112.98 1.09 20.09 912.91 -773.02 1.71 21.32 1191.6 Contre-courant: a- Relevons les températures à l’entrée, au milieu et à la sortie de chaque circuit : Qvc [ l/h] Qvf [ l/h] Tce [°C] Tcs [°C] Tfe [°C] Tfs [°C] 50 100 45 29.8 16.4 23.2 100 100 45 32.8 16.5 23.8 150 100 45 38.2 16.5 24.0 200 100 45 39.5 16.5 24.8 b- Calcul des puissances émise, absorbée et dissipée. La puissance émise : Wc = QVcc Cpc (Tce – Tcs) Tmoyc [°C] Cpc [J/kg.K] ρc [kg/m3] Wc [W] 37.4 4178.48 993.08 876.02 38.9 4178.78 992.518 1405.54 41.6 4179.32 991.46 1174.02 42.25 4179.45 991.2 1265.81 La puissance absorbée : Wf = QVff Cpf (Tfs – Tfe) Tmoyf [°C] Cpf [J/kg.K] ρf [kg/m3] Wf [W] 19.8 4182.12 998.044 394.205 20.15 4181.94 997.97 uploads/Finance/ intoduction-tp-d-x27-echangeur-de-chaleur.pdf