Chapitre 9 changeurs de chaleur Deuxime partie lments

Chapitre 9 Échangeurs de chaleur (Deuxième partie)

Éléments de technologie des échangeurs tubulaires (TEMA)

FProcédure de design ① Définir: La charge thermique q: chaleur échangée, perdue par le fluide chaud (ch) ou reçue par le fluide froid (fr): Les températures et les débits des 2 fluides. ② Collecte des propriétés physiques µ, ρ, k, CP

Estimé approximatif de départ de la surface d'échange nécessaire Estimé du coefficient global U

Choix des caractéristiques d’un échangeur ayant une surface A: - d tube , longueur - Nombre de tubes - D calandre - Nombre de passes - Position des fluides. A installée

Calcul des coefficients de transfert réels: dans les tubes: p. 9. 22 dans la calandre: p. 9. 23 (équations + j. H fig. p. 9. 25) Calcul du coefficient global U vrai de l’échangeur choisi (p. 9. 6 )

Calcul de la surface requise pour accomplir le travail ⑧ Comparaison entre si A installée ≈ A requise A installée et A requise (ou A installée ≥ A requise) la surface permet de faire l’échange souhaité. si A installée< A requise , on recommence à l’étape (Choix des caractéristiques) jusqu’à convergence:

Calcul des pertes de charges et comparai son avec les ∆Pallouées (côté tube p. 9. 22 et côté calandre, p. 9. 24) Si ∆Pcalculées > ∆Pallouées on reprend depuis l’étape (Choix des caractéristiques) jusqu’à convergence. Remarque: Le meilleur design est celui qui, en utilisant au mieux les pertes de charge allouées, minimise la surface installée Faire un design: Recherche de l’aire minimum avec, au plus, ∆Pcalculées ≈ ∆Pallouées

Information supplémentaire sur les caractéristiques des échangeurs Diamètre extérieur des tubes ¾ (po) ≤ dt ≤ 1 ½ (po) Longueur Grandeurs disponibles sur le marché 6, 8, 10, 12, 16, 20 (pi) Épaisseur des tubes numéro BWG (Birmingham Wire Gauge) 10, 12, 14, 16 et 18 qui augmente quand l'épaisseur diminue. Le plus courant BWG 16

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Diamètre de la calandre: Fonction a) du nbre de tubes à installer b) du choix du pas (carré ou triangle) c)du nbre de passes (voir p. 9. 16)

Diamètre de la calandre Fonction du nombre de tubes à installer et du choix de pas (carré ou triangle ). (voir p. 9. 16) Nombre de passes Côté tube (1, 2, 4, 6, … ) (effet sur la vitesse) Côté calandre (1 ou 2 ) Position des fluides ? dans la calandre ? dans les tubes Considérations d’encrassement et de sécurité Considérations thermiques

Nombre de chicanes Dépend de l’espacement des chicanes. Dc ≤ I B ≤ Dc 5 Dc IB minimum Dc ≤ 10" 2" 10" < Dc ≤ 30" 0, 2 Dc 30" < Dc ≤ 60" 6" Dc > 60" 0, 1 Dc Choix de l’ouverture des chicanes: (baffle-cut) 15 % 25% 35% 45 %

Choix de l’ouverture des chicanes: (baffle-cut) 15 % 25% 35% 45 %

Calcul des coefficients h dans les tubes (p 9. 22) attention: pour le calcul de la vitesse dans les tubes Projet: pour les premières itérations, on peut négliger

Calcul des pertes de charges : côté tubes p 9. 22 • La perte de charge résulte de la friction dans les tubes (de longueur Lt ) et des pertes de charges singulières dans les bouts de la calandre (contraction, expansion, changement de direction):

Calcul des coefficients h dans la calandre p 9. 23 (méthode Kern - méthode Bell)

Calcul des coefficients dans la calandre

Coefficient global U moyen a) En utilisant des températures moyennes pour chaque fluide hint, hext, … b) Si les propriétés changent avec la température et si on suppose que U varie linéairement avec (∆T) alors on peut définir (voir Ex 9. 3 p. TDEX 9. 2): Où cc : contre-courant pur

chaud ∆Tch froid ∆Tfr Contre-courant pur

Ft aide à déterminer le nombre de passes requises: Ft > 0. 85 ; il faut seulement 1 passe côté calandre Ft < 0. 85 ; il faut au moins 2 passes côté calandre Ft = 1 ; contre-courant pur

Calcul des températures de paroi pour les termes FOn se place aux deux extrémités de l’échangeurs (coté chaud et coté froid) et pour chaque région on applique: chaud ∆Tch froid ∆Tfr

Coûts des échangeurs de chaleurs http: //www. matche. com/Equip. Cost/Exchanger. htm Pour le dimensionnement des échangeurs dans le projet no 2, vous utiliserez le logiciel (feuille Excel + code Visual-Basic) il existe de nombreux logiciels commerciaux (. . $) pour le design des échangeurs TEMA http: //www. tema. org/ HTRI http: //www. htri. net/