TP N7 Tour d rfroidimnt ENSEEIHT 2, ru Chrl CAMICHEL B.P. 7122 31071 TOULOUSE Cdx 7 FRANCE (33) 05 61 58 82 00 (33) 05 61 62 09 76 Tour d rfroidimnt
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.
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.
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
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 ) 6.666.10.p.( t t ) t ou ϕ p = ( t ) p 6.666.10 4 ( 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
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
- 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 = 15.10 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.
Dt : Group t Nom : Fuill d xpérinc : Expérinc préliminir Référnc d l xpérinc 1 2 3 4 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) 15 15 15 15 Prion rlti à l ntré d colonn h (mmh 2 O) Débit d u mɺ (g/) 40 40 40 40 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 0 0
Biln d m t d énrgi. T 5 ( C) t () T 5 ( C) t () T 5 ( C) t () 30 210 480 60 240 540 90 270 600 120 300 660 150 360 720 180 420 780 Trcr T 5 n fonction du tmp.
Dt : Group t Nom : Fuill d xpérinc : Biln d m t d énrgi Référnc d l xpérinc 1 2 3 4 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
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/
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
Dt : Group t Nom : Fuill d xpérinc : Influnc d l chrg d rfroidimnt Référnc d l xpérinc 1 2 3 4 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/) 40 40 40 40 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
Dt : Group t Nom : Fuill d xpérinc : Influnc du débit d ir Référnc d l xpérinc 1 2 3 4 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/) 40 40 40 40 Volum d u introduit durnt l xpérinc (compntion) m (kg) Intrll d tmp d l xpérinc θ () 300 600 900 1200 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
Dt : Group t Nom : Fuill d xpérinc : Influnc du débit d u Référnc d l xpérinc 1 2 3 4 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 () 300 600 900 1200 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
Extrit d tbl d l pur d'u (équilibr ntr ph) t ( C) p (br) m3/kg h (kj/kg) 10.0 0.01227 106.40 2519.9 13.0 0.01500 87.98 2525.5 15.0 0.01704 77.98 2529.1 17.5 0.02000 67.01 2533.6 20.0 0.02337 57.84 2538.2 21.1 0.02500 54.26 2540.2 24.1 0.03000 45.67 2545.6 25.0 0.03166 43.40 2547.3 29.0 0.04000 34.80 2554.5 30.0 0.04241 32.93 2556.4 32.9 0.05000 28.19 2561.6 35.0 0.05622 25.24 2565.4 36.2 0.06000 23.74 2567.5 40.0 0.07375 19.55 2574.4