Chapitre 9. Échangeurs de chaleur (Première partie)

Transcription

1 haptre 9 Éangeurs de aleur (Premère parte Eangeur tubulares (shell and tube heat exanger alandre ubes hcanes ransfert de aleur hap 9-a -

2 Éangeur de type «shell & tube» calandre de m tubes / m 2 - nx US$ (2007 ransfert de aleur hap 9-a - 2

3 Éangeur à plaques (n n en verra pas le desgn ransfert de aleur hap 9-a - 3

4 Éangeurs à plaques cmpacts (On n en étudra pas le desgn Éangeurs à plaques cmpacts avec alettes ransfert de aleur hap 9-a - 4

5 Éangeurs tubulares (shell and tube heat exangers Standards f ubular Exanger Manufacturers Asscatn (EMA: rculatn dans les tubes rculatn dans la calandre (Shell hcanes Ouverture baffle cut espacement 2 ransfert de aleur hap 9-a - 5

6 2 passes côté tubes séparateur ransfert de aleur hap 9-a - 6

7 mparasn ôté tube ôté calandre 2 passes passe 4 passes 2 passes ransfert de aleur hap 9-a - 7

8 effcent glbal d éange (U [verall heat transfer ceffcent] dx > 0 0 rs résstances au transfert: - Sur la par nterne du tube, cnvectn, h - Dans l épasseur du tube, cnductn, k - Sur la par erne du tube, cnvectn, h 0 ransfert de aleur hap 9-a - 8

9 Vue de cupe d un éangeur nt dq 2 dx - r h nt ( nt ( nt w wall, nt wall, k nt dq 2 ( 2 dx ( w -w r0 Ln r dq 3 ( 2 r 0 dx he xt ( w - En régme permanent : dq dq 2 dq 3 dq + + nt w nt w nt w w dq dx dq dx 2 r h dq dx 2 r h 0 r Ln 0 r 2 k nt nt - dq dx 2 r h nt + r h 0 r0 Ln r + k ransfert de aleur hap 9-a - 9

10 r Ln r dq ( 2 dx + + rh nt r h k r r Ln r r dq ( 2 r dx + + r hnt h k Surface de référence Surface erne du tube U O La relatn précédente r r Ln r r dq ( 2 r dx + + r hnt h k devent dnc: d ù 3 résstances au transfert: dq ds U (nt- r r Ln r r + + U r h h k nt nvectn à la surface nterne du tube nvectn à la surface erne du tube nductn dans l épasseur du tube ransfert de aleur hap 9-a - 0

11 ** L exemple précédent ne tent pas cmpte des prblèmes d encrassement (Fulng. Exemple: Dépôt de tartre dans une cndute d eau. Le dépôt dans et/u sur les tubes prvque une résstance thermque supplémentare. On ntrdut dnc une résstance d encrassement nterne: nt R f nt h f et une résstance d encrassement erne: R f hf R nt f nt h f r r Ln R R U r h h k r r + + r + f + r nt R f hf nt f r r Ln U r r h k h r r r nt hf nt hf Encrassement nterne 2 nvectn nterne 3 nductn 5 Encrassement erne 4 nvectn erne ransfert de aleur hap 9-a -

12 Résstances d encrassement (W/m 2.K - Lqudes: ncept de Dfférence de empérature Lgarthmque Myenne (DLM ** On utlse auss le terme LMD (Lg Mean emperature Dfference. ransfert de aleur hap 9-a - 2

13 as d un c-curant n dq ut d aud Flude aud Flude d On fat un blan ttal d énerge sur aque flude entre l entrée et la srte. Flude aud: q m P ( - haleur éangée au travers de la par Flude d: q m P ( - ù m : débt massque (kg / s P : capacté calrfque (J / kg / K ransfert de aleur hap 9-a - 3

14 On se place à une dstance x dnnée ; blan entre x et x + x. X ( (2 (3 (4 dq m (-d - d dq dq P m (d P U(dA d ( d - d d U(dA ( - - dq ( (2 On remplace dq ( 3 dans (4 d( - U(dA d ( -U(dA s U est une cnstante srte entrée d( 2 Ln - U - UA srte entrée da q m P ( - q m ( - P m m P P ( ( q - q - ransfert de aleur hap 9-a - 4

15 Ln 2 ( - ( - - UA q q 2 UA ( - - ( - q 2 - q ( 2 UA Ln 2 DLM q ( UA Ln 2 UA LM 2 q UA LM q : aleur éangée U : ceffcent glbal de transfert de aleur A : surface d éange ransfert de aleur hap 9-a - 5

16 ut n as d un cntre-curant On applque la même relatn. dq n ut 2 ( 2 ( et S passes multples: LM Ft ( LM cntrecurant F t : vr les fgures p 9./2 LM t q U A F De préférence avr Ft > 0,85 (snn pluseurs passes côté calandre Ft ; cntre-curant pur ransfert de aleur hap 9-a - 6

17 ransfert de aleur hap 9-a - 7

18 F t pur les éangeurs à plaques cmpacts: curant crsés Résumé des équatns q m P ( - q m P ( - LM t q U A F r r Ln U r r h k h r r r nt hf nt hf ransfert de aleur hap 9-a - 8

19 Deux types de prblématques: n dt effectuer un certan transfert thermque et n suhate calculer les dmensns (la surface de l'apparel nécessare pur fare ce transfert (en anglas n parle de szng 2n dspse d'un certan apparel et l'n suhate cnnaître sn fnctnnement sus certanes cndtns de débts et de températures (ratng. ransfert de aleur hap 9-a - 9