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UNIVERSITE CHEIKH ANTA DIOP DE DAKAR ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE DE DAKAR DE

UNIVERSITE CHEIKH ANTA DIOP DE DAKAR ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE DE DAKAR DEPARTEMENT GENIE MECANIQUE ET GESTION DES SYSTEMES INDUSTRIELS Rapport du TP fluidique Présenté par : Sous la direction de : Sarah M. MORITOUA M. ADJIBADE Essohanam K. AMAH Leticia I. MAPAGA Moustapha SAKHO ANNEE UNIVERSITAIRE 2018-2019 . ECHANGEUR TUBULAIRE Rapport du TP fluidique Groupe1 Génie mécanique/ESP Page 2 Table des matières Travail à faire .........................................................................................................................4 EXERCICE HT31-B ..............................................................................................................5 I. Etude pratique..................................................................................................................5 II. Partie théorique ..............................................................................................................6 III. Calcul de l’erreur ..........................................................................................................8 Conclusion .............................................................................................................................8 EXERCICE HT31-C ..............................................................................................................9 I- Configuration contre-courant ...........................................................................................9 I.1.Etude pratique ............................................................................................................9 I.2.Etude théorique ........................................................................................................ 10 I. 3. Calcul de l’erreur .................................................................................................... 12 II-Configuration Co-courant .............................................................................................. 12 II.1. Etude pratique ........................................................................................................ 12 II.2. Etude théorique ...................................................................................................... 13 II.3. Calcul de l’erreur ................................................................................................... 15 III. Courbes de température ............................................................................................... 15 III.1. Configuration contre-courant ............................................................................... 15 III.2. Configuration Co-courant ..................................................................................... 16 Conclusion ........................................................................................................................ 16 EXERCICE HT31- D ........................................................................................................... 17 I- Configuration contre-courant ......................................................................................... 17 I.1.Etude pratique .......................................................................................................... 17 I.2.Etude théorique ........................................................................................................ 18 I.3. Calcul des erreurs .................................................................................................... 19 II. Configuration Co-courant ............................................................................................. 20 II.1. Etude pratique ........................................................................................................ 20 II.2. Etude théorique ...................................................................................................... 21 II.3. Les erreurs expérimentales ..................................................................................... 22 Conclusion ........................................................................................................................ 23 EXERCICE HT31-E ............................................................................................................ 24 I – Configuration contre-courant ....................................................................................... 24 1er cas : ............................................................................................................................. 24 I.1. Etude pratique ......................................................................................................... 24 I.2. Etude théorique ....................................................................................................... 26 Rapport du TP fluidique Groupe1 Génie mécanique/ESP Page 3 I.3. Calcul des erreurs .................................................................................................... 27 2ème cas : ........................................................................................................................... 28 II.1. Etude pratique ........................................................................................................ 28 II.2. Etude théorique ...................................................................................................... 29 II.3. Calcul des erreurs ................................................................................................... 31 3ème cas : ........................................................................................................................... 32 II- Configuration Co-courant ............................................................................................. 33 1er cas : ............................................................................................................................. 33 I.1. Etude pratique ......................................................................................................... 33 II.2. Etude théorique ...................................................................................................... 35 I.3. Calcul des erreurs .................................................................................................... 36 2ème cas : ........................................................................................................................... 37 II.1. Etude pratique ........................................................................................................ 37 II.2. Etude théorique ...................................................................................................... 39 II.3. Calcul des erreurs ................................................................................................... 40 3ème cas : ........................................................................................................................... 41 Conclusion : ...................................................................................................................... 42 Conclusion générale ............................................................................................................. 43 Rapport du TP fluidique Groupe1 Génie mécanique/ESP Page 4 Travail à faire -Exercice HT31-B : Faire un bilan énergétique et calculer l’efficacité -Exercice HT31-C : Calculer les flux des fluides et leurs efficacités et Co-courant et en contre-courant -Exercice HT31-D : Détermination du coefficient de transmission de chaleur global -Exercice HT31-E : Etudier l’effet de la variation des débits des fluides sur les efficacités et sur le coefficient de transmission de chaleur global. Données constantes Tࢉࢋ= ૟૙°࡯ Surface totale d’échange en fonction des dimensions du prototype ࡭= 0.01845 ݉ଶ Rapport du TP fluidique Groupe1 Génie mécanique/ESP Page 5 EXERCICE HT31-B Le but de cet exercice est de faire un bilan énergétique d’un échangeur tubulaire en contre- courant et de calculer son efficacité globale pour les différents débits de fluides. Données : ܶ ௖௘= 60°ܥ ܳ௩ܿℎܽݑ݀= 3 ݈݉݅݊ ⁄ et ܳ௩݂ݎ݋݅݀= 1,5 ݈݉݅݊ ⁄ Fluide chaud Fluide froid Débit-volume d’eau chaude (݉ଷ/s) Qvhot 5.001*10^-5 Débit-volume d’eau froide (݉ଷ/s) Qvcold 2,500*10^-5 Température d’entrée d’eau chaude (ºC) T1 60.0 Température d’entrée d’eau froide (ºC) T4 27.6 Température moyenne d’eau chaude (ºC) T2 58 Température moyenne d’eau froide (ºC) T5 26.9 Température de sortie d’eau chaude (ºC) T3 55.1 Température de sortie d’eau froide (ºC) T6 31.8 Cpc 4183 Cpf 4178 ρc 984.3 ρf 996 Nous avons constaté un problème au niveau du thermocoupleܶହ, car cette température moyenne est inférieure à la température d’entrée du fluide froid (impossible). Nous avons donc estimé une valeur approchée de la température moyenne. On a donc ܶ ௠= ଶ଻,଺ ାଷଵ,଼ ଶ = 29,7°C. Nous considérerons cette valeur pour l’étude théorique. I. Etude pratique Nous allons procéder au calcul des paramètres demandés en fonction des données obtenues sur le logiciel : Les variations de température sont les suivantes : ∆ܶ௖௛௔௨ௗ= 60 −55,1 = 4,9°ܥ ∆ܶ ௙௥௢௜ௗ= 31,8 −27,6 = 4,2°ܥ  Calcul du débit-masse du fluide chaud : ݍ௠௖= ݍ௩× ߩ = 3 × 1,667.10ିହ× 984.3 Rapport du TP fluidique Groupe1 Génie mécanique/ESP Page 6 ݍ௠௖= 0.049 ݇݃/ݏ  Calcul du flux de chaleur perdu par le fluide chaud : ܳ௖ = ݍ௠௖× ܥ௉௖× Δܶ = 0.049 × 4183 × (60 −55.1) ܳ௖ୀ1008,947 W  Calcul du flux de chaleur absorbé par le froid : ܳ௙ = ݍ௠௙× ܥ௉௙× Δܶ = 2,5005 × 10 −5 × 4178 × 996 × (31.6 −27.6) ܳ௙ = 437,023 W  Calcul du fluide de chaleur perdu par le système : ܳ௉ = ܳ௖−ܳ௙ = 1008 , 947 – 437,023 ܳ௉ = 571,924 W  Calcul de l’efficacité globale de l’échangeur ߟ= ܳ௙ ܳ௖ × 100 = ସଷ଻,଴ଶଷ ଵ଴଴଼;଻ଵ× 100 ߟ =43,31 % II. Partie théorique La variation de température étant toujours la même : ∆ܶ௖௛௔௨ௗ= 60 −55,1 = 4,9°ܥ ∆ܶ ௙௥௢௜ௗ= 31,8 −27,6 = 4,2°ܥ Aux températures moyennes des deux fluides, nous avons obtenue dans les tables les valeurs suivantes : Rapport du TP fluidique Groupe1 Génie mécanique/ESP Page 7  ܶଶ= 58 + 273.15 = 331.15 K A ܶଶ= 331.15 K, on a d’après de la table thermodynamique de l’eau à la saturation : ߩଶ= 983.806 ݇݃/݉ଷ ܥ௣ଶ= ܥ௣= 4184, 46 J/kg. K  ܶହ=29,7 + 273.15 =302.85 K A ܶହ= 302.85 K, on a d’après de la table thermodynamique de l’eau à la saturation : ߩହ= 996.007݇݃/݉ଷ ܥ௣ହ=4178.43 J/kg. K  Calcul du flux de chaleur perdu par le fluide chaud ܳ஼= ݍ௠௖× ܥ௣௖× Δܶ = 3 × 1,667. 10ିହ× 983 , 806 × 4184,46 × 4,9 ܳ஼= 1008,792W  Calcul du flux de chaleur absorbé par le fluide froid ܳ௙= ݍ௠௙× ܥ௣௙× Δܶ = 1,5 × 1,667.10ିହ× 996.007 × 4178.43 × 4,2 ܳ௙= 437,07ܹ  Calcul du flux de chaleur perdu par le système ܳ௣= ܳ஼− ܳ௙ = 1008,792 −437,07 ܳ௣= 571,72ܹ  Calcul de l’efficacité ߟ= ܳ௙ ܳ஼ × 100 = ସଷ଻,଴଻ ଵ଴଴଼,଻ଽଶ× 100 િ = 43,32% Rapport du TP fluidique Groupe1 Génie mécanique/ESP Page 8 III. Calcul de l’erreur Nous allons déterminer l’erreur entre les calculs théoriques effectués et les valeurs pratiques.  Erreur sur le flux de chaleur perdu par le fluide chaud ߝொ௖= ฬ1008,9476 −1008,792 1008,792 × 100ฬ ߝொ௖= 0,015%  Erreur sur le flux de chaleur absorbé par le fluide froid ߝொ௙= ฬ437,023 −437,07 437,07 × 100ฬ ߝொ௙=0,010%  Erreur sur le flux perdu par le système ߝொ௣= ฬ 571,924 −571,72 571,72 × 100ฬ ߝொ௣= 0,035%  Erreur sut l’efficacité du système ߝఎ= ฬ43,31 −43,32 43,32 × 100ฬ ߝఎ= 0,023% Nous obtenons des erreurs quasiment négligeables, ce qui veut dire que les résultats obtenus pratiquement sont bons et corresponds aux résultats théoriques. Conclusion  Le but de notre étude était de faire un bilan énergétique dans un échangeur tubulaire. Nous avons respectivement obtenu : -Pour le fluide chaud, avec un débit ݍ௩௖= 3 ݈݉݅݊ ⁄ un flux perdu ܳ௖ୀ1008,947 W - Pour le fluide froid, avec un débit ݍ௩௙= 1,5 ݈݉݅݊ ⁄ un flux absorbé ܳ௙ = 437,023 W ߝ= ฬܸ݈ܽ݁ݑݎ ݎé݈݈݁݁−ܸ݈ܽ݁ݑݎ ݐℎé݋ݎ݅ݍݑ݁ ܸ݈ܽ݁ݑݎ ݐℎé݋ݎ݅ݍݑ݁ ฬ Rapport du TP fluidique Groupe1 Génie mécanique/ESP Page 9 La différence entre ces deux flux est due aux pertes dans l’environnement (matériaux de l’échangeur, milieu ambiant …) mais aussi au fait que le débit froid soit intérieur au débit chaud.  Si on venait à augmenter le débit du fluide froid, l’échangeur verrait son efficacité augmenter car, l’échange thermique entre ses deux fluides augmentera. La température de sortie du fluide chaud baisera encore plus, ce qui entrainerait l’augmentation de son flux perdu. EXERCICE HT31-C Le but de notre exercice est de démontrer la différence entre les configurations Co-courant et contre-courant et leurs effets sur la chaleur transférée, l’efficacité et le profil de température pour un échangeur tubulaire. Nous savons qu’en contre-courant les fluides entre en sens contraire et qu’en Co-courant ils entrent dans le même sens. I- Configuration contre-courant Données : ܶ ௖௘= 60°ܥ ܳ௩ܿℎܽݑ݀= 2 ݈݉݅݊ ⁄ et ܳ௩݂ݎ݋݅݀= 1 ݈݉݅݊ ⁄ Fluide chaud Fluide froid Débit-volume d’eau chaude (݉ଷ/s) qvhot 3,334*10^-5 Débit-volume d’eau froide (݉ଷ/s) qvcold 1.667*10^-5 Température d’entrée d’eau chaude (ºC) T1 60.0 Température d’entrée d’eau froide (ºC) T4 26.4 Température moyenne d’eau chaude (ºC) T2 57.3 Température moyenne d’eau froide (ºC) T5 27.2 Température de sortie d’eau chaude (ºC) T3 53.6 Température de sortie d’eau froide (ºC) T6 31.2 Cpc 4183 Cpf 4186 ρc 984,7 ρf 981,2 I.1.Etude pratique Nous allons procéder au calcul des paramètres demandés en fonction des données obtenues sur le logiciel : La variation de température est la suivante : ∆ܶ ௖= 60 – 53,6 = 6,4℃ ∆ܶ ௙= 31,2 – 26,4 = 4,8℃ Rapport du TP fluidique Groupe1 Génie mécanique/ESP Page 10  Calcul du flux de chaleur du fluide chaud ܳ௖= ݍ௠௖× ܥ௣௖× ∆ܶ ௖ = ݍ௩௖× ߩ× ܥ௣௖× ∆ܶ ௖ = 3,334.10ିହ ×984,7 ×4183 ×6,4 ܳ௖= 878,89 W  Efficacité du fluide chaud ߟ௖= ܶ ଵ−ܶଷ ܶ ଵ−ܶ ସ × 100 = ଺଴ିହଷ,଺ ଺଴ିଶ଺,ସ ×100 ߟ௖= 19,04%  Efficacité du fluide froid ߟ௙= ܶ଺− ܶ ସ ܶ ଵ−ܶ ସ × 100 = ଷଵ,ଶିଶ଺,ସ ଺଴ିଶ଺,ସ 100 ߟ௙= 14,28%  Efficacité moyenne ߟ௠= ߟ௖+ ߟ௙ 2 = ଵଽ,଴ସାଵସ,ଶ଼ ଶ ߟ௠= 16,66% I.2.Etude théorique La variation de température est toujours la même : ∆ܶ ௖= 60 – 53,6 = 6,4℃ ∆ܶ ௙= 31,2 uploads/Industriel/ rapport-tp-fluidique-echangeur-de-chaleur 1 .pdf