T.P. Colonne de refroidissement

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Anne-Laure Ricard
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1 T.P. Colonne de refroidissement INTRODUCTION L'objectif de ce TP est d étudier les caractéristiques de fonctionnement d'un système de refroidissement par évaporation. L'influence des débits d'eau et d'air ainsi que la quantité de chaleur à évacuer sur l'efficacité d'une tour de refroidissement seront évaluées. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D UNE TOUR DE REFROIDISSEMENT L opération inverse du séchage, l humidification peut avoir deux objectifs principaux : - humidification de l air pour des procédés alimentés en air extérieur et pour lesquels les caractéristiques de l air doivent être constantes (température, humidité ) ex : lutte contre électricité statique et poussière dans la micro-électronique cf. traitement de l air. - refroidissement de l eau : eaux de rejet : les normes environnementales imposent que les rejets d eau chaude industrielles doivent se faire à une température comprise entre 2 et 5 C au-dessus de la température de l eau du milieu naturel. circuit fermé d eau de refroidissement : les entreprises grandes consommatrices d eau de refroidissement (pétrochimie, chimie, centrales thermiques ou nucléaires ) disposent généralement d un circuit d eau de refroidissement fermé. Il est donc nécessaire d évacuer des quantités de chaleur importantes sans nuire à l environnement. Il est alors intéressant d utiliser la chaleur de vaporisation de l eau pour abaisser la température en réalisant un contact air-eau. L'eau de refroidissement d'une installation industrielle tourne généralement en circuit fermé. Cette eau, par réchauffée des équipements industriels, doit être refroidie, par exemple par de l air. Dans le cas de la tour de refroidissement, l'eau à refroidir est distribuée sous forme de gouttelettes en haut de la colonne garnie ou circule de l air à contre-courant. L'eau s'écoule dans la colonne par gravité. Le garnissage a pour objet de créer une grande surface de contact entre l air et 1'eau. L'évaporation de 1'eau dans l air est endothermique et la température de 1'eau diminue au fur et à mesure qu'elle descend dans la colonne. 1

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D UNE TOUR DE REFROIDISSEMENT L opération inverse du séchage, l humidification peut avoir deux objectifs principaux : - humidification de l air pour des procédés alimentés

2 EVALUATION DE L EFFICACITE DE LA TOUR DE REFROIDISSEMENT MANIPULATIONS Démarrer la colonne de refroidissement sous les conditions suivantes : - différentiel de pression (débit d'air) : 16mm H2O - débit d'eau : 40g.s -1 - charge de refroidissement : 1 kw La stabilisation du fonctionnement de la colonne demande environ 20 minutes (la stabilité est atteinte lorsqu'il n'y a plus de variations notables de la température ou du débit). Pendant cette période, surveiller l'installation et maintenir une hauteur d'eau dans le réservoir de compensation au moins égale à 5cm. Suivre, à intervalles réguliers l évolution des différentes températures, de la valeur du débit d'eau, de la valeur de la différence de pression sur le manomètre et de la puissance de chauffe. Notez les valeurs à stabilisation dans le tableau ci-dessous. Afin d'évaluer l'influence des débits d'eau et d'air ainsi que la quantité de chaleur à évacuer sur les performances de la colonne de refroidissement, on se propose de réaliser une série d'expériences combinant différents débits d'eau, d air et de puissance de chauffe. Fixer la valeur du débit d eau à 30 g.s -1, attendre la stabilisation pendant 10min environ en maintenant toujours un niveau d'eau suffisant dans le réservoir de compensation. Relever les différentes températures, la valeur de la différence de pression sur le manomètre et la puissance de chauffe. Changer à nouveau le débit d eau et renouveler 1'expérience. Lorsque les différents débits d'eau souhaités ont été essayés, changer la puissance de chauffe puis le débit d air. EXPLOITATION DES RÉSULTATS L écart ( Thum = T6 - T2) représentant l'efficacité de la tour de refroidissement, tracer l évolution de Thum en fonction de différents paramètres : Thum = f (puissance fournie à l'eau en kw)les débits d'eau et d'air étant fixés. Thum= f (débit d'air)le débit d'eau et la puissance fournie étant fixés. Thum= f (débit d'eau)le débit d'air et la puissance fournie étant fixés CONCLUSIONS Quelles sont les conditions de fonctionnement optimisé d une colonne de refroidissement? 2

s -1 - charge de refroidissement : 1 kw La stabilisation du fonctionnement de la colonne demande environ 20 minutes (la stabilité est atteinte lorsqu'il n'y a plus de variations notables de la

3 SCHÉMA DE PRINCIPE DE LA COLONNE DE REFROIDISSEMENT 3

5 FICHE RESULTATS Référence Expérience Différentiel d orifice, x (mm H2O) Débit d eau (g.s -1 ) Charge de refroidissement, Q (kw) Température de l eau en sortie, T6 ( C) Température humide de l air en entrée, T2 ( C) Efficacité, T6 - T2 Influence de la puissance de chauffe sur l efficacité de la colonne (Expériences : ) Influence du débit d air sur l efficacité de la colonne (Expériences : ) 5

5 1 1 1 Température de l eau en sortie, T6 ( C) Température humide de l air en entrée, T2 ( C) Efficacité, T6 - T2

6 Influence du débit d eau sur l efficacité de la colonne (Expériences : ) Conclusions : Donnez les conditions optimales de fonctionnement de la colonne de refroidissement 6

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