Remerciez-le!

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

1 CHAUFFAGE DE L’AIR CHAUFFAGE DE L’AIR CHAUFFAGE DE L’AIR CHAUFFAGE DE L’AIR M

1 CHAUFFAGE DE L’AIR CHAUFFAGE DE L’AIR CHAUFFAGE DE L’AIR CHAUFFAGE DE L’AIR MINIER MINIER Introduction Introduction Les mines souterraines québécoises Les mines souterraines québécoises → → variations climatiques importantes. variations climatiques importantes. Pendant l’hiver (5 à 7 mois) (sous le point de congélation), le chauffage de Pendant l’hiver (5 à 7 mois) (sous le point de congélation), le chauffage de l'air est essentiel. l'air est essentiel. Le Le but du chauffage but du chauffage est est d'amener l'air d'amener l'air à une température comprise à une température comprise entre entre Le Le but du chauffage but du chauffage est est d amener l air d amener l air à une température comprise à une température comprise entre entre 1°C et 5 C et 5°C vu que la compression adiabatique ainsi que l'apport de chaleur vu que la compression adiabatique ainsi que l'apport de chaleur (du massif rocheux et/ou de l'équipement) augmenteront la température à (du massif rocheux et/ou de l'équipement) augmenteront la température à une valeur plus confortable et moins dangereuse pour le gel. une valeur plus confortable et moins dangereuse pour le gel. La fonction première du chauffage est donc La fonction première du chauffage est donc – d'empêcher le gel des canalisations, mais aussi celui de l'eau d'infiltration d'empêcher le gel des canalisations, mais aussi celui de l'eau d'infiltration – de maintenir une atmosphère de travail plus productive (mieux de maintenir une atmosphère de travail plus productive (mieux > > 4°C) C) Pour optimiser le chauffage, il faut connaître la température moyenne Pour optimiser le chauffage, il faut connaître la température moyenne hivernale ainsi que les valeurs les plus basses et leurs fréquences hivernale ainsi que les valeurs les plus basses et leurs fréquences Il y a plusieurs méthodes de chauffer l'air minier, à savoir Il y a plusieurs méthodes de chauffer l'air minier, à savoir : : – propane propane – gaz naturel gaz naturel – électrique électrique – vapeur vapeur – échange de chaleur échange de chaleur - - récupération de chaleur récupération de chaleur – glycol glycol – huile huile 2 Chauffage directe & indirecte Chauffage directe & indirecte Mine Ventilation & Air Conditioning by Hartman, 1982 Chauffage indirect avec glycol Chauffage indirect avec glycol Mine Ventilation & Air Conditioning by Hartman, 1982 3 Évaluation des besoins énergétiques Évaluation des besoins énergétiques Quelques définitions Quelques définitions : : Chaleur Chaleur : : Forme d'énergie qui est transmise à travers les limites d'un système Forme d'énergie qui est transmise à travers les limites d'un système d’une d’une température donnée, vers un autre système ayant une température inférieure, à température donnée, vers un autre système ayant une température inférieure, à cause de leurs différence de température (unités cause de leurs différence de température (unités : Joules) : Joules) Chaleur massique à volume constant C Chaleur massique à volume constant Cv q v Chaleur massique à pression constante C Chaleur massique à pression constante Cp Équation de base pour le chauffage de l'air Équation de base pour le chauffage de l'air (gaz parfait), (gaz parfait), dh dh = = Cp.dT .dT Cp air p air = 1,0035 KJ/kg = 1,0035 KJ/kg ºK Cp vapeur d'eau p vapeur d'eau = 1,8723 KJ/kg = 1,8723 KJ/kg ºK K Chaleur requise Chaleur requise = m x C = m x Cp x x ∆t ∆t / (efficacité) / (efficacité) ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ T h = C p p δ δ où la chaleur requise en KJ/s où la chaleur requise en KJ/s m : débit massique d'air en Kg/s m : débit massique d'air en Kg/s Cp : chaleur spécifique à pression constante en KJ/Kg : chaleur spécifique à pression constante en KJ/Kg ºK ∆t ∆t : différence de température en : différence de température en ºK ou K ou ºC (efficacité) % : 92% propane, électrique 97% ou 70% pour le mazout (efficacité) % : 92% propane, électrique 97% ou 70% pour le mazout Règle d'or Règle d'or : : lors de calculs du chauffage, utiliser toujours le lors de calculs du chauffage, utiliser toujours le débit massique débit massique au lieu au lieu du débit volumique afin d'éviter les effets de du débit volumique afin d'éviter les effets de variations de la densité variations de la densité. . Procédures de calcul Procédures de calcul Données obligatoires Données obligatoires : : – débit volumique d'air à chauffer débit volumique d'air à chauffer – température moyenne de cet air température moyenne de cet air – humidité relative moyenne (si l’on considère humidité relative moyenne (si l’on considère l’humidité) l’humidité) l humidité) l humidité) – pression moyenne pression moyenne 4 L'énergie développée et coûts selon L'énergie développée et coûts selon les différentes sources (2006) les différentes sources (2006) Source Source KJ/L KJ/L Efficacité Efficacité Coût (2005) Coût (2005) énergétique énergétique ( ) ( ) Majout Majout 46 540 46 540 70% 70% 0,80$/L 0,80$/L 17$/GJ 17$/GJ Propane Propane 90,5 90,5 92% 92% 0,43$/L 0,43$/L 22$/GJ 22$/GJ 22$/GJ 22$/GJ Gaz naturel Gaz naturel 39 39 92% 92% 0,36$/l 0,36$/l (3,4$/MBTU) (3,4$/MBTU) 15$/GJ 15$/GJ Électricité Électricité 1 KWH 1 KWH 97% 97% 0,04$/KWH 0,04$/KWH 28$/GJ 28$/GJ 5 Évaluation des besoins énergétiques Évaluation des besoins énergétiques Soit l'exemple suivant Soit l'exemple suivant :Une mine a un besoin de 71 m :Une mine a un besoin de 71 m3/s (150,000 pi /s (150,000 pi3/min) d'air frais. Cet air est /min) d'air frais. Cet air est à une pression de 92.835 à une pression de 92.835 KPa KPa et à une température de et à une température de - -18 18°C. L'humidité relative (φ) est de C. L'humidité relative (φ) est de 30%. 30%. L'on sait que P L'on sait que PT = P = Pa + + P Pv où où P P = 0.3 = g v φ où où Pv est la pression partielle de la vapeur dans l'air, est la pression partielle de la vapeur dans l'air, P Pg est la pression de la vapeur de saturation est la pression de la vapeur de saturation Pa est la pression partielle de l'air sec dans l'air est la pression partielle de l'air sec dans l'air Pg vapeur à vapeur à - -18 18°C = 125.2 Pa (tableau) C = 125.2 Pa (tableau) P Pg = 0.125 = 0.125 KPa KPa et et v vg = 940.5 m = 940.5 m3/Kg donc /Kg donc P Pv = = 0.3*0.125 =0.037 0.3*0.125 =0.037 KPa KPa Donc P Donc Pa ≈PT Pour une température Pour une température < < 0 0 º C on néglige l’humidité de l’air froid C on néglige l’humidité de l’air froid On a mentionné précédemment que 71 m On a mentionné précédemment que 71 m3/s étaient requis. Sachant que /s étaient requis. Sachant que Pv Pv = = RT, RT, 92835 * v = 287 * 255.15 ( 92835 * v = 287 * 255.15 (à à -18 18°C) ) (255,15=273 + (255,15=273 + - -18) 18) Donc, Donc, ν = 0.7888 m = 0.7888 m3/kg (volume massique de l'air sec) et ρ = (1/ /kg (volume massique de l'air sec) et ρ = (1/ν) = ) = 1.2678 kg/m 1.2678 kg/m3 (poids (poids volumique de l'air sec) volumique de l'air sec) 1 2678 * 71 90 k / (débit i d l' i ) 1 2678 * 71 90 k / (débit i d l' i ) g ma = 1.2678 * 71 = 90 kg/s (débit massique de l'air sec) = 1.2678 * 71 = 90 kg/s (débit massique de l'air sec) Et en ce qui concerne la vapeur : P = 0.037 Et en ce qui concerne la vapeur : P = 0.037 KPa KPa et le débit volumique de la vapeur : et le débit volumique de la vapeur : νv = 71 * 0.037 / (92.835 = 71 * 0.037 / (92.835 - - 0.037) = 0.028 m 0.037) = 0.028 m3/s /s Ce débit de vapeur d'eau est négligeable. On Ce débit de vapeur d'eau est négligeable. On négligera donc la présence de vapeur d'eau négligera donc la présence de vapeur d'eau pour les températures inférieures à 0 pour les températures inférieures à 0°C pour les pressions de l'ordre de 100 pour les pressions de l'ordre de 100 KPa KPa. . Donc on doit augmenter la température de nos 90 kg/s d'air. Donc on doit augmenter la température de nos 90 kg/s d'air. ∆T = T ∆T = T2 - T1 = 274 = 274 - - 255 = 255 = 19 19° °K K et et dH dH = m C = m Cp dT dT = 90 * 1.0035 * 19 = = 90 * 1.0035 * 19 = 1716 KJ/s 1716 KJ/s ou ou 1716 KW 1716 KW et la quantité et la quantité d'énergie requise d'énergie requise par heure est de 6 177 600 KJ/ par heure est de uploads/Management/ ventilation-cours-7.pdf