LES ECHANGEURS DE CHALEUR

Définition : Disposition permettant de transférer de l’énergie thermique entre deux fluides, habituellement séparés par une paroi solide. 2) Utilisations :  Chaque fois qu’on a besoin de réchauffer ou de refroidir un fluide à l’aide d’un autre fluide (évaporateur ou condenseur, tour de refroidissement…).  Quand deux réseaux de distribution de fluides doivent être séparés pour des problèmes sanitaires ou de corrosion (chauffe-eau solaire…).  Quand deux réseaux de distribution de fluides doivent être séparés pour des problèmes de pression (chauffage urbain). 3) Classification : Selon de type d’écoulement : courant parallèles de même sens ou de sens contraires courants croisés. Selon les types de fluides utilisés : o 2 fluides de caractéristiques thermiques voisines (eau/eau). o 2 fluides de caractéristiques thermiques très différentes (eau/air). Selon la surface d’échange : o Paroi matérielle (paroi, tube…). o Contact direct (aéroréfrigérant, tour de refroidissement).

Cadre de l’étude 

Nous ne considérons que les échangeurs à fluides séparés où le transfert de chaleur se fait à travers une paroi matérielle : o Echangeurs tubulaires (échangeur le plus répandu dans le domaine de la distillerie) o Echangeurs à plaques. o Echangeurs à ailettes. XV 5) Les échangeurs tubulaires Echangeur à tubes et calandre XVI 6) Dimensionnement d’un échangeur Le dimensionnement d’un échangeur repose principalement sur un calcul de bilan thermique et sur la prise en compte des pertes de charges. La puissance d’un échangeur : 𝑃 = 𝐾. 𝑆. ∆𝑇𝑚 (1) 𝐾 : coefficient de transmission thermique surfacique moyen 𝑆 : la surface d’échange ∆𝑇𝑚 : écart de température moyen entre les deux fluides Raisonnement sur les valeurs moyennes de K et de ∆𝑇𝑚 dans la mesure ou les températures de K et de ∆𝑇𝑚 varient d’un endroit à l’autre de l’échangeur.

Théorie des échangeurs

L’approche théorique est réalisée en régime permanent et en faisant les hypothèses suivantes :  L’échangeur est parfaitement isolé de l’extérieur (pas de pertes), on néglige la conduction axiale,  Les coefficients K et Cp sont constants,  La température de chaque fluide est homogène dans une section donnée. Ainsi, l’équation (1) s’écrit : 𝑃 = 𝐾. 𝑆. ∆𝑇𝑚 = 𝑚𝑐 . 𝐶𝑝𝑐 . (𝑇𝑐𝑒 − 𝑇𝑐𝑠) = 𝑚𝑓. 𝐶𝑝𝑓 . (𝑇𝑓𝑒 − 𝑇𝑓𝑠) (2) 𝑚 : débit massique [𝑘𝑔/𝑠] 𝐶𝑝 : chaleur spécifique [𝐽/𝑘𝑔.𝐾] Les indices 𝑓 et 𝑐 sont relatifs aux fluides froid et chaud et les indices 𝑠 et 𝑒 à l’entrée et à la sortie de l’échangeur. La résolution de cette équation dépend du type d’échangeur considéré. On considère les cas des échangeurs à co-courant ou ceux à contre-courant.