Tour de refroidissement

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1 TP N7 Tour d rfroidimnt ENSEEIHT 2, ru Chrl CAMICHEL B.P TOULOUSE Cdx 7 FRANCE (33) (33) Tour d rfroidimnt

2 Dn l cycl d l pur, l fluid à l étt d pur n orti d l turbin t rfroidi dn un échngur d chlur (condnur). L ourc froid t oit l u d un riièr, oit l ir xtériur. On prl lor d tour d rfroidimnt tmophériqu. L princip d fonctionnmnt d un tour t rpplé ur l chém ci-dou. L chlur Q ɺ écué u condnur t trnféré à un circuit d u. L rfroidimnt d l u t obtnu pr éportion prtill dn l tour. L u t pulérié à contr courrnt dn un écoulmnt d ir humid non turé (ir tmophériqu) pui t rjté à l étt d ir humid turé qui t à un tmpértur upériur à cll d l ir dmi. L u rfroidi rtourn u condnur pr l intrmédiir d un pomp. Un fibl complémnt d u t nécir pour compnr l pur d u rjté u ommt d l tour. L écoulmnt d ir t obtnu oit pr conction libr oit pr forçg pr d ntiltur. Ai r humid turé m u d'ppoint Ai r m Pomp Q L colonn d rfroidimnt Hilton (0,15x0.15x0.6 m 3 ) été conçu pour donnr d crctéritiqu proch d tour d rfroidimnt indutrill. Ell t complètmnt utonom. Ell comport un chrg d chuffg ( Q ɺ ) imulé pr d réitnc chuffnt t un pomp d circultion d u.

3 Dcription : Circuit d u L u chuffé pr l réitnc chuffnt d puinc 0,5, 1 ou 1,5 t pompé du réroir d chrg (3 litr) r l ommt d l colonn. L régultion t l choix du débit d u fit u moyn d l nn utomtiqu t du débitmètr à flottur. L u t lor uniformémnt ditribué ur l étg d grnig upériur t répnd n fin pllicul d u ur l pltux infériur pour ugmntr l urfc d échng c l écoulmnt d ir. L u rfroidi chut d étg infériur r un cutt récptric pui dn l réroir d chrg. A cu d l éportion, l niu dn l réroir bi. Cl prooqu l ourtur d un nn à pointu ocié à un flottur qui prmt d conrr un niu contnt pr un pport d u pronnt du réroir d compntion.

4 Circuit d ir L ir tmophériqu pénètr dn l ntiltur t p dn l tour d rfroidimnt. Au ommt d l colonn un récupértur d gouttltt pièg l pluprt d gouttltt ntrîné pr l ir. L débit d ir put êtr juté pr l réglg d un plqu piotnt n ntré du ntiltur. L débit d ir put êtr timé n orti u moyn d un orific n proi minc d 80 mm d dimètr, prélblmnt clibré. Mur d l tmpértur t d l humidité rlti. L tmpértur d l u t muré pr dux thrmocoupl itué n ntré (ommt d l colonn) t n orti d cll ci (cutt récptric) prmttnt d détrminr l puinc thrmiqu écué pr l tour. Pour l ir l méthod d dux tmpértur t utilié pour connîtr à l foi l tmpértur d l écoulmnt t l humidité rlti. On donc dipoé dux thrmocoupl u niu d l ntré d ir t n dux utr n orti. L thrmocoupl impl donn l tmpértur réll d l écoulmnt d ir (dit tmpértur èch). L cond thrmocoupl t nrobé d coton humidifié n prmnnc pr un ptit réroir rmpli d u) t donn l tmpértur humid. L tmpértur ont rlé ur l indictur ix point dirctmnt n C. Donné t informtion util. Mur du débit d ir : L loi d étlonng d l orific d orti u ommt d l colonn t donné pr l formul : mɺ = 0,0137 h m h : Lctur d l déition du mnomètr n n mm d H 2 O. m : Volum miqu du mélng ir- pur d u = + m x Ac x l humidité bolu, l olum miqu d l ir t : Volum miqu d l pur d u On montrr qu = M M M molir t d l u xpont intropiqu : γ Pour l pur d u : M = 18 g / mol t γ = 1, 33 Pour l ir : M = 29 g / mol t γ = 1, 40 Mur du débit d u : Lctur dirct ur l débitmètr à flottur : ɺ ( g / ) Mur d l prion : Ell mur pr rpport à l prion dirctmnt n mm d H 2 O. L bouchon d protction doit nturllmnt êtr nlé pour obtnir l référnc d l prion tmophériqu. On poitionn l utr xtrémité oit à l pri d prion n b d, p,. m colonn ( p ) pui n hut d colonn ( ) E h E S h S

5 Puinc d chuff (chrg d rfroidimnt): Ell élctionn dirctmnt. On put obtnir troi puinc d chuff : 0,5, 1 ou 1,5. D plu l pomp délir un puinc d l ordr d 100 W. Détrmintion d l humidité pr l méthod d dux thrmomètr. L formul utilié pr l concptur d l intlltion t l uint : p 4 ( t ) = p ( t ) p.( t t ) t ou ϕ p = ( t ) p ( t t ) p : Prion prtill d l pur d u à l tmpértur d l écoulmnt t C p t : Prion d pur turnt à l tmpértur d l écoulmnt p : Prion totl muré t : Tmpértur u thrmomètr mouillé C ϕ : Frction molir d l pur d u On introduit églmnt : x : ψ : Humidité bolu x = m d pur d'u m d'ir Humidité rlti (dgré hygrométriqu) 0. Qution préliminir : p ψ = p m = m ϕ = 1 ϕ Comprr l formul prtiqu à l formul théoriqu (à jutifir) obtnu n TD. Cp ( t t ) + x 2 ( L 0 + Cp t CLt ) x = L + Cp t C t Montr qu i on néglig : l nthlpi d l u liquid t obtint un rltion d l form : p p.( t ) α.p. ( t t ) 0 t =. L M M Cp t dnt L 0 lor on Comprr l lur d α à l lur utilié dn l formul prtiqu. Montrr églmnt qu l hypothè fit conduint à un éolution à nthlpi contnt pour l ir humid. Vérifiction : Comprr numériqumnt t ur l digrmm d l ir humid l dir xprion pour t = 25 C t t = 19.5 C. Clculr l dgré hygrométriqu ψ. Modèl : Pour l ir : l modèl gz prfit h Pour l u à l étt liquid : h u = CL t c CL = 4,185kJ / kg / K Pour l pur d u : l modèl gz prfit h = L Cp t Prion d pur turnt : p p Pour l nthlpi d l ir humid : t t = Cp L l (T) = p t (20).Exp r (20) = 0,02337 br t L H h (x) = = h + x h m t 0 + l ( 20) ( 20) 1 1 T 293 = 2454kJ / kg

6 Préciion importnt : 1) Toujour rmplir d u ditillé l réroir d compntion nt qu l niu d u n chut u-dou d 5 cm. 2) S urr qu l dux mini réroir d cptur d tmpértur mouillé oint bin rmpli d u ditillé. Prénir l ncdrnt u boin. 3) L tmpértur d l u d compntion t uppoé êtr l mêm qu l tmpértur mbint (ntré d ir n b d colonn t 1 ). 4) Lor d chngmnt d condition d xpérinc (chuffg, débit d ir,.) pour obtnir un régim prmnnt il t nécir d ttndr pluiur minut. L rndmnt d l colonn d rfroidimnt dépnd d pluiur fctur : L débit d ir, l débit d u, l tmpértur d l u (puinc d chuffg), d l tmpértur t d l humidité d l ir à l ntré. Il dépnd églmnt d dimnion d l colonn ini qu l ntur du grnig t d urfc d échng. Dn l xpérinc propoé on intérr principlmnt à l influnc du chuffg t à l influnc d débit d u t d ir ur l fficcité d l colonn. I. Expérinc préliminir. Sn chuffg démrrr t tbilir l colonn ou l condition uint : différntil d l orific h = 15 mm H 2 O t un débit d u 40 g/. (Rmrqu : l tbilité t ttint lorqu il n y plu d rition notbl d l tmpértur ou du débit). Obrr t rlr tout tmpértur n ntré t n orti dn l colonn t dn l écoulmnt d u. Commnt éolu l tmpértur d l u T 5 t pourquoi? Rlr l prion n hut t n b d colonn. Conrr c mur, ll ou ront util pr l uit comm c d référnc n chuffg. II. Biln d m t d énrgi. Démrrr t tbilir l colonn d rfroidimnt ou l condition uint : - différntil d l orific h = 15 mm H 2 O - Débit d u 40 g/ - Chrg d rfroidimnt (puinc d chuffg) 0,5 On pourr timr l tmp rél d tbilition n rlnt chqu minut l tmpértur (pr xmpl T 5 ) pndnt 10 t 15 min t trcr l courb d T 5 n fonction du tmp. Qund l colonn t tbl, rmplir l réroir d compntion juqu u trit d rmplig t déclnchr l chronomètr. Rlr l tmpértur t l utr prmètr. Au trm d ctt périod d étud d niron 10 minut, notr l tmp écoulé u chronomètr t rmplir à nouu c un éproutt grdué l réroir d compntion juqu u trit d rmplig. En déduir l débit m d u écué : mɺ II. 1. Biln d m : Détrminr : - l débit d ir - l humidité bolu n ntré t n orti d l colonn déduir l débit m d pur d u écué mɺ. Comprr ctt lur à mɺ. Commntir. II. 2. Biln d énrgi : Détrminr pr clcul ou c l digrmm d l ir humid : - l nthlpi d l ir humid n ntré t n orti d l colonn

7 - l nthlpi d l u à l étt liquid ntr 5 t 6 - l nthlpi d l u d compntion (7) Rmrqu : dn ctt étud on pourr oit lir l lur d l nthlpi ur l digrmm d l ir humid oit utilir l modèl. Fir un biln d énrgi dn l tour n xclunt l cu d chuffg t érifir l équilibr d c biln. On définit l fficcité d l échngur pr : Qɺ liq = Q ɺ Puinc thrmiqu d rfroidimnt d l u liquid ε liq ( Qɺ liq ) mx liq ) mx t ( Q ɺ Puinc thrmiqu mximl poibl. Montrr qu T T 5 6 ε = t détrminr c cofficint. T5 T1 Fir églmnt un biln d énrgi dn l circuit d u (ntr 5, 6 t 7) t n déduir l puinc d chuffg. Comprr à l puinc d chuffg choii. Rmplir l tblux récpitultif d o mur, d o clcul t d o réultt. Commntir. III. Influnc d l chrg d rfroidimnt : Pour l mêm débit d ir t d u (40g/), fir rir l chrg d rfroidimnt d 0 à 1,5. Aprè tbilition rlr l tmpértur. Rlr tout l mur (fuill d lctur), bin qu tout n oint p util. N p rfir l biln d m d u époré. Trcr l fficcité d l tour d rfroidimnt n fonction d l puinc d chuffg. Commntir. IV. Influnc du débit d ir : Pour l mêm débit d u (40 g/) t pour un chrg d rfroidimnt 1,5, fir rir l débit d ir n gint ur l dipoitif n ntré du ntiltur. Aprè tbilition rlr l tmpértur. Rlr tout l mur, bin qu tout n oint p util. N p rfir l biln d m d u époré. Trcr l fficcité d l tour d rfroidimnt n fonction d l it d l ir (ction d l colonn 0,15 x 0,15 m 2 ). Trcr l quntité d u époré n fonction d l it d l ir. 2. Ppdc Trcr l cofficint d prt d chrg dn l colonn définit pr : K c = 2 ρ V V n fonction du Rynold D 6 2 R = c D=0,15 m t ν = m. ν Commntir. V. Influnc du débit d u : Pour un chrg d rfroidimnt choii t un débit d ir choii fir rir l débit d u. Trcr l fficcité d l tour d rfroidimnt n fonction du débit d u. Trcr l quntité d u époré n fonction du débit d u.

8 Dt : Group t Nom : Fuill d xpérinc : Expérinc préliminir Référnc d l xpérinc Thrmomètr c (ntré d ir) T 1 ( C) Thrmomètr mouillé (ntré d ir) T 2 ( C) Thrmomètr c (orti d ir) T 3 ( C) Thrmomètr mouillé (orti d ir) T 4 ( C) Tmpértur d l u n ntré T 5 ( C) Tmpértur d l u n orti T 6 ( C) Tmpértur d l u d ppoint T 7 ( C) Différntil d l orific (prion rlti n orti d colonn) h (mmh 2 O) Prion rlti à l ntré d colonn h (mmh 2 O) Débit d u mɺ (g/) Volum d u introduit durnt l xpérinc (compntion) m (kg) Intrll d tmp d l xpérinc θ () Prt d chrg (chut d prion dn l colonn) p (mmh 2 O) Chrg d rfroidimnt. Q ()

9 Biln d m t d énrgi. T 5 ( C) t () T 5 ( C) t () T 5 ( C) t () Trcr T 5 n fonction du tmp.

10 Dt : Group t Nom : Fuill d xpérinc : Biln d m t d énrgi Référnc d l xpérinc Thrmomètr c (ntré d ir) T 1 ( C) Thrmomètr mouillé (ntré d ir) T 2 ( C) Thrmomètr c (orti d ir) T 3 ( C) Thrmomètr mouillé (orti d ir) T 4 ( C) Tmpértur d l u n ntré T 5 ( C) Tmpértur d l u n orti T 6 ( C) Tmpértur d l u d ppoint T 7 ( C) Différntil d l orific (prion rlti n orti d colonn) h (mmh 2 O) Prion rlti à l ntré d colonn h (mmh 2 O) Débit d u mɺ (g/) Volum d u introduit durnt l xpérinc (compntion) m (kg) Intrll d tmp d l xpérinc θ () 600 Prt d chrg (chut d prion dn l colonn) p (mmh 2 O) Chrg d rfroidimnt. Q () 0,5 0,5 0,5 0,5

11 FEUILLE DE CALCUL : AIR HUMIDE ntré orti t C t C ϕ (frction molir) h (nthlpi d l'ir) h (nthlpi d l pur) kj/kg kj/kg x (humidité bolu) h (nthlpi d l'ir humid) h (nthlpi d l'ir humid) digrmm kj/kg kj/kg ψ (humidité rlti) p t (prion d pur turnt) br mɺ (débit m d ir) mɺ (débit m d pur) kg/ g/ mɺ (m d pur écué) g/ (olum miqu d ir) (olum miqu d pur) (olum miqu d pur humid) m3/kg m3/kg m3/kg p p tm (prion rlti) P p (prion bolu) P V ɺ (débit olumiqu ir) m3/ U = Vɺ S (Vit ir) m/ p pdc (prt d chrg) P EAU LIQUIDE Entré (5) Sorti (6) Compntion (7) t C h u (nthlpi d l'u) kj/kg mɺ u (débit m) g/ m u (pport d'u) g/

12 Biln d'énrgi dn l tour Vrition d'nthlpi d l'ir Vrition d'nthlpi d pur d'u Vrition d'nthlpi d pur humid Vrition d'nthlpi d l'u liquid Equilibr du biln Biln d'énrgi dn l circuit d'u Enthlpi d'ntré Apport d'nthlpi d compntion Enthlpi d orti Vrition d'nthlpi Apport d'énrgi Equilibr du biln

13 Dt : Group t Nom : Fuill d xpérinc : Influnc d l chrg d rfroidimnt Référnc d l xpérinc Thrmomètr c (ntré d ir) T 1 ( C) Thrmomètr mouillé (ntré d ir) T 2 ( C) Thrmomètr c (orti d ir) T 3 ( C) Thrmomètr mouillé (orti d ir) T 4 ( C) Tmpértur d l u n ntré T 5 ( C) Tmpértur d l u n orti T 6 ( C) Tmpértur d l u d ppoint T 7 ( C) Différntil d l orific (prion rlti n orti d colonn) h (mmh 2 O) Prion rlti à l ntré d colonn h (mmh 2 O) Débit d u mɺ (g/) Volum d u introduit durnt l xpérinc (compntion) m (kg) Intrll d tmp d l xpérinc θ () Prt d chrg (chut d prion dn l colonn) p (mmh 2 O) Chrg d rfroidimnt. Q () 0 0,5 1 1,5

14 Dt : Group t Nom : Fuill d xpérinc : Influnc du débit d ir Référnc d l xpérinc Thrmomètr c (ntré d ir) T 1 ( C) Thrmomètr mouillé (ntré d ir) T 2 ( C) Thrmomètr c (orti d ir) T 3 ( C) Thrmomètr mouillé (orti d ir) T 4 ( C) Tmpértur d l u n ntré T 5 ( C) Tmpértur d l u n orti T 6 ( C) Tmpértur d l u d ppoint T 7 ( C) Différntil d l orific (prion rlti n orti d colonn) h (mmh 2 O) Prion rlti à l ntré d colonn h (mmh 2 O) Débit d u mɺ (g/) Volum d u introduit durnt l xpérinc (compntion) m (kg) Intrll d tmp d l xpérinc θ () Prt d chrg (chut d prion dn l colonn) p (mmh 2 O) Chrg d rfroidimnt. Q () 1,5 1,5 1,5 1,5

15 Dt : Group t Nom : Fuill d xpérinc : Influnc du débit d u Référnc d l xpérinc Thrmomètr c (ntré d ir) T 1 ( C) Thrmomètr mouillé (ntré d ir) T 2 ( C) Thrmomètr c (orti d ir) T 3 ( C) Thrmomètr mouillé (orti d ir) T 4 ( C) Tmpértur d l u n ntré T 5 ( C) Tmpértur d l u n orti T 6 ( C) Tmpértur d l u d ppoint T 7 ( C) Différntil d l orific (prion rlti n orti d colonn) h (mmh 2 O) Prion rlti à l ntré d colonn h (mmh 2 O) Débit d u mɺ (g/) Volum d u introduit durnt l xpérinc (compntion) m (kg) Intrll d tmp d l xpérinc θ () Prt d chrg (chut d prion dn l colonn) p (mmh 2 O) Chrg d rfroidimnt. Q () 1,5 1,5 1,5 1,5

16 Extrit d tbl d l pur d'u (équilibr ntr ph) t ( C) p (br) m3/kg h (kj/kg)

17

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