Sommaire Page Chapitre I : Rappel de transfert de chaleur 1. Généralités…………………

Sommaire Page Chapitre I : Rappel de transfert de chaleur 1. Généralités…………………………………………………………….01 2. Conduction………..…………………………………………………..03 3. Convection...…………………………………………………………..06 4. Rayonnement.…………………………………………………………07 5. Exemple industriel…………………………………………………….08 Chapitre II : La combustion 1. Définitions………….…………………………………………………09 2. La flamme.……………………………………………………………09 3. Nature et caractéristiques des combustibles..……………………….10 4. Définition de la chaleur de combustion…...………………………...11 5. Réactions de combustion…...………………………………………...11 6. Composition théorique des fumées………………………………….13 7. Teneur théorique des produits agressifs…………………………….13 8. Pouvoirs calorifiques supérieur et inférieur………………………...14 9. Enthalpie des fumées…………………………………………………14 10. Température de combustion…………………………………………15 11. Brûleurs………………………………………………………………19 Chapitre III : Les fours 1. Utilisation des fours...………………………………………………...21 2. Caractéristiques générales des fours tubulaires……………………...21 3. Constitution d’un four tubulaire……………………………………..24 4. Description des différents types de fours…………………………...27 5. Description détaillée d’un four tubulaire……………………………33 6. Rendement thermique d’un four..……………………………………42 7. Méthodes de nettoyage des tubes d’un four……………………….44 8. Régulation et instruments de contrôle………………………………49 9. Sécurité des fours…………………………………………………….54 Chapitre IV : Les chaudières 1. Composition de l’eau………………………………………………..56 2. Composition de l’eau………………………………………………..57 3. Description de la chaudière………………………………………….66 4. Circuits d’une chaudière……………………………………………..70 5. Description d’une chaudière à foyer intérieur et tubes de fumées… 72 6. Autres types de chaudières……………………………………………73 Chapitre V : Applications Bibliographie SONATRACH / IAP SKIKDA Fours & Chaudiàres -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER 04-08/03/2006 - 1 - CHAPITRE I : Rappel de Transfert de Chaleur 1 / Généralités : On appelle transfert de chaleur, les processus par lesquels de l'énergie est échangée sous forme de chaleur entre des corps ou des milieux à des températures différentes T1 et T2. La chaleur peut être transmise par conduction, convection ou rayonnement. Bien que les trois processus puissent avoir lieu simultanément, l'un des mécanismes est généralement prépondérant. Par exemple, la chaleur est principalement transmise par conduction à travers les murs en brique d'une maisonҐ; l'eau dans une casserole placée sur une cuisinière est surtout chauffée par convectionҐ; la Terre reçoit sa chaleur du Soleil en grande partie par rayonnement. Le flux engendré dans le transfert est proportionnel à la différence de température T1 - T2 et à la section de passage S du flux: ) = h S (T1 - T2) h s’interprète comme un coefficient d’échange de chaleur. Cependant, cette relation n’est valable qu’au premier ordre, car le plus souvent, le coefficient h dépend de la température. On introduira souvent la quantité ) / S, qui est la densité de flux, et qui s’exprime en W/m2 Les différents modes de transferts de chaleur seront étudiés en détail dans la suite de ce cours. Le problème sera de déterminer le coefficient h dans chacun des modes envisagés ci-après. SONATRACH / IAP SKIKDA Fours & Chaudiàres -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER 04-08/03/2006 - 2 - la conduction. a) la conduction Ce transport de chaleur se produit au sein d'une même phase - au repos ou mobile, mais tranquille (absence de remous) - en présence d'un gradient de température. Le transfert de chaleur résulte d'un transfert d'énergie cinétique d'une molécule à une autre molécule adjacente. Ce mode de transfert est le seul à exister dans un solide opaque. Pour les solides transparents, une partie de l'énergie peut être transmise par rayonnement. Avec les fluides que sont les gaz et les liquides, la convection et le rayonnement peuvent se superposer à la conduction. b) la convection. Le transfert de chaleur par convection se produit entre deux phases dont l'une est généralement au repos et l'autre en mouvement en présence d'un gradient de température. Par suite de l'existence du transfert de chaleur d'une phase à l'autre, il existe dans la phase mobile des fractions du fluide (ou agrégats) ayant des températures différentes. Le mouvement du fluide peut résulter de la différence de masse volumique due aux différences de températures (on parle alors de convection libre ou naturelle) ou à des moyens purement mécaniques (on parle alors de convection forcée). SONATRACH / IAP SKIKDA Fours & Chaudiàres -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER 04-08/03/2006 - 3 - Lorsqu'un fluide est en écoulement, une partie du transfert de chaleur dans le fluide se fait également par conduction et, dans le cas d'un fluide transparent, un transfert de chaleur par rayonnement peut accompagner les deux transferts précédents. c) le rayonnement. Un point matériel chauffé émet un rayonnement électromagnétique dans toutes les directions situées d'un même côté du plan tangent au point matériel. Lorsque ce rayonnement frappe un corps quelconque, une partie peut être réfléchie, une autre transmise à travers le corps (dit diathermique si tout est transmis), et le reste est quantitativement absorbé sous forme de chaleur. Si on place dans une enceinte deux corps capables d'émettre un rayonnement thermique, il existe entre ces deux corps à températures différentes un échange de chaleur dû à l'absorption et à l'émission de ces rayonnements thermiques. Cet échange de chaleur est désigné habituellement sous le nom de rayonnement. Les transferts par rayonnement se poursuivent même lorsque l'équilibre thermique est atteint, mais le débit net de chaleur échangé est nul. Ce type de transport de chaleur est analogue à la propagation de la lumière, et il ne nécessite aucun support matériel, contrairement aux écoulements. Les gaz, les liquides et les solides sont capables d'émettre et d'absorber les rayonnements thermiques. Dans de nombreux problèmes de transformation d'énergie thermique, les trois modes de transfert de chaleur coexisteront mais, généralement, au moins une des trois formes pourra être négligée, ce qui simplifiera le traitement mathématique de l'appareil de transfert. Nous pouvons dire dès à présent, qu'aux températures ordinaires, le transport par rayonnement est négligeable, mais il peut devenir notable et prépondérant lorsque le niveau de température augmente. En outre, signalons que certains transferts thermiques sont accompagnés d'un transfert de matière entre deux phases. Le flux de chaleur transféré en présence d'un changement de phase dépend de la nature et des propriétés physico- chimiques des phases en présence. C'est le cas de l'ébullition, de la condensation, mais aussi des problèmes d'humidification, de séchage, de cristallisation, etc. Dans ce qui suit nous allons présenter, pour les trois types de transport de la chaleur, les lois générales qui les gouvernent. Puis nous traiterons, de manière simple, quelques applications où le mode de transport de chaleur étudié est prédominant. SONATRACH / IAP SKIKDA Fours & Chaudiàres -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER 04-08/03/2006 - 4 - 2 / CONDUCTION : L’échange de chaleur par conduction est défini par la relation de FOURIER (1822) ; la valeur instantanée de la quantité de chaleur transmise dans l’unité de temps est proportionnelle : - à la section plane perpendiculairement traversée par le flux calorifique. - A la conductivité thermique du matériau traversée qui dépend des propriétés physiques de la matière. - Au gradient de température qui est le rapport de la variation de la température à la distance parcourue par le flux calorifique. dL dT S dt dQ . O  dq :quantité de chaleur dt : temps dT :température dL : épaisseur du matériau traversé par le flux de chaleur S : section traversée par le flux de chaleur O : coefficient de conductivité thermique du matériau. On voit que le gradient de température (dT/dL) est négatif dans l’équation ci- dessus :cela signifie que le flux calorifique va du chaud au froid. le signe du gradient est opposé à celui du flux. Dans le tableau 1, sont reportées les conductivités de quelques corps solides, liquides et gazeux. D'une façon générale, les métaux sont beaucoup plus conducteurs de chaleur que les substances non métalliques. Les gaz sont plutôt mauvais conducteurs : le caractère isolant de la laine de verre est dû à la présence de l'air emprisonné entre les fibres. SONATRACH / IAP SKIKDA Fours & Chaudiàres -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER 04-08/03/2006 - 5 - Tableau 1 Matériau (W/mxK) Matériau (W/m/K) Argent 419 Grès 1,8 Cuivre 386 Verre 0,78 Aluminium 204 Chêne 0,17 Fer (pur) 73 Laine de verre 0,038 Acier Inox 16 Eau 0,556 Mercure 8,2 Air 0,0262 On trouvera d'autres valeurs dans le Handbook of Chemistry and Physics Le calcul intégral permet de généraliser la loi de Fourier à des corps de forme quelconques . Exemples d’applications. 2.a- paroi plane de longueur L. L S RTh K S L R S L T L T S q O O O O . 1 . ¸ ¹ · ¨ © § ¸ ¹ · ¨ © § ' ' Résistance thermique Conductance thermique SONATRACH / IAP SKIKDA Fours & Chaudiàres -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A. BENAhMED & M. TOUIKER 04-08/03/2006 - 6 - 2.b- paroi composite plane (murs composés) Une paroi peut être composée de plusieurs matériaux différents en contact physique les uns avec les autres sur une surface S. L’épaisseur de la paroi est L et chacun des matériaux à une épaisseur L1, L2, L3,….Ln, Telle que L=™Li. Les matériaux constituant la paroi ont des conductivités thermiques qui sont, respectivement Ȝ1, Ȝ2, Ȝ3. T1,T4 températures des deux extrémités en °C Chaque élément de paroi est traversé par le même flux thermique : Q=q1=q2=q3=…….qn=cte ¸ ¹ · ¨ © §  S L T T q 1 1 2 1 1 O ¸ ¸ ¹ · ¨ ¨ © §  S L T T q 2 2 uploads/Industriel/ seminaire-fours-amp-chaudieres-naftec.pdf

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