les echangeurs de chaleur

Document Sample
les echangeurs de chaleur Powered By Docstoc
					Échangeur thermique

1) Modes De Transferts De Chaleur
Il y a trois principaux modes de transferts de chaleur :
      Conduction: le flux de chaleur traverse le corps A, l'interface A B, et le corps
         B. Le flux est proportionnel à la conductivité thermique du matériau.
      Convection: le flux de chaleur est transporté par la matière en déplacement.
         Ses mouvements sont dits de convection naturelle sous l'influence de
         variations de densité et du champ de pesanteur, ou de convection forcée si le
         fluide est mis en circulation par une pompe ou une différence de pression
      Rayonnement: le flux de chaleur est transporté sans transport de matière, sous
         forme d'ondes électromagnétique (ex: rayonnement solaire).


2) Principe d'un échangeur de chaleur:
    On cherche en général à transférer un flux de chaleur entre un fluide chaud et un
fluide froid, séparés par une paroi qui peut être plane ou tubulaire. La chaleur est
transférée par conduction et/ou convection au sein de chaque fluide, et par conduction
au sein du matériau qui les sépare. Il peut également y avoir transfert par rayonnement
si le niveau des températures dépasse 100°C.
Dans l'échangeur, chacun des fluides s'échauffe, se refroidit, ou change d'état selon
ses caractéristiques et les conditions opératoires.

Le flux de chaleur résultant, cédé par le fluide chaud et reçu par le fluide froid est
proportionnel à:
     un coefficient d'échange thermique "global" noté K (ou U), fonction des
       conditions d'écoulement, des conductivités thermiques de chaque fluide, des
       viscosités, du changement d'état, etc... .
     un écart de température (en général une moyenne logarithmique des écarts de
       température entre les deux fluides à chaque extrémité de l’échangeur.
     la surface d'échange thermique utilisée.



    1. Type d’échangeurs de chaleur :

1) échangeurs multitubulaires :
   C’est de loin le type d’échangeur le plus répandu mais la part qu’il représente ne cesse
de diminuer au profit de configurations plus efficaces. Dans ce type d’échangeur, l’un des
fluides circule dans un réservoir autour de tubes qui le traversent tandis que l’autre fluide
circule à l’intérieur des tubes. Le modèle le plus simple sera constitué d’un réservoir dans
lequel sera plongé un serpentin. Le modèle le plus courant est constitué d’un faisceau de
tubes traversant un réservoir de manière longitudinale. On parle alors d’échangeur
multitubulaire. Des parois bien placées permettent de forcer la circulation du fluide à
travers les tubes de manière à ce qu’il effectue un ou même plusieurs allers-retours. On
trouve assez fréquemment des chicanes dans le réservoir pour forcer la circulation du



                                                                                                1
fluide à travers tout le réservoir sans quoi le fluide aurait tendance à prendre le plus court
chemin entre l’entrée et la sortie




                    Eclaté d'un échangeur multitubulaire:
          1 passe côté calandre, 2 passes côté tubes (faisceau en U)




                       Eclaté d'un échangeur multitubulaire:



                                                                                                 2
1 passe côté calandre, 4 passes côté tubes (faisceau en U)




         Coupe d'un échangeur multitubulaire




        Faisceau de tubes en U sans sa calandre




            Extrémité d un faisceau de tubes en U


                                                             3
                    Boite de distribution échangeur multitubulaire

Chicanes côté calandre :
  Côté calandre d'un échangeur multitubulaire, le volume important entraine parfois
des vitesses de circulation faibles, préjudiciable au coefficient d'échange entre autres.
On a alors recours à des chicanes permettant d'augmenter la longueur du parcours
entre l'entrée et la sortie côté calandre. Différents montages de chicanage sont
présentés ci-dessous.




                                                                                            4
Vue 3D des écoulements dans un échangeur multitubulaire:
         calandre à une passe avec chicanage horizontal
         faisceau de tubes en U à deux passes




                                                           5
        Vaporiseur (vapeur de chauffe côté tubes)




Coupe d'un vaporiseur avec maintient de niveau par chicane




          Echangeur évaporateur transport




                                                             6
Extraction du faisceau de sa calandre




Soudure de tubes sur plaque tubulaire




                                        7
      Echangeur inox 17m2
     à droite, vue du faisceau




Echangeur tubes inox calandre acier
         Surface : 16 M2
       Tube inox : diam. 50
         Corps diam 700
          Longueur 2200
         Calandre : acier



                                      8
2) Echangeurs à plaques :
Les échangeurs à plaques sont constitués de plaques formées dont les alvéoles constituent
les chemins empruntés par les fluides. les plaques sont assemblées de façon que le fluide
puisse circuler entre elles. La distribution des fluides entre les plaques est assurée par un
jeu de joints de telle sorte que chacun des deux fluides soit envoyé alternativement entre
deux espaces inter plaques successifs. Les fluides peuvent ainsi échanger de la chaleur à
travers les plaques. L’avantage principal de ce type d’échangeur est la compacité. En
effet, on voit bien que ce dispositif permet une grande surface d’échange dans un volume
limité, ce qui est particulièrement utile lorsque des puissances importantes doivent être
échangées. Les échangeurs à plaques sont très utilisés dans l’industrie agroalimentaire
(pasteurisation du lait) ou l’industrie nucléaire. Les plaques sont généralement en acier
inoxydable en particulier dans l’agroalimentaire pour des raisons évidentes d’hygiène et
de santé publique. A noter que l’utilisation de joints en matières organiques réduit la
gamme de températures de fonctionnement




                            Coupes d'un échangeur à plaques




Joints d'échangeur à plaques positionnés en alternance et assurant la distribution de
                         chaque fluide une plaque sur deux




                                                                                                9
    Echangeur à plaque Vicarb




Echangeur à plaques avec pieds support




                                         10
Echangeur à plaque SCHMIDT, modèle Sigma 37H
   fluide 1 : 44.5 litres, 6 bar, 50°C
   fluide 2 : 45.5 litres, 6 bar, 50°C
   Longueur : +/- 1000 mm
   Largeur : +/- 450 mm
   Hauteur : +/- 1600 mm
   Année : 1989




                                               11
12

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Tags:
Stats:
views:127
posted:9/3/2011
language:French
pages:12