Echange de chaleur constant

[mau13]

Bonjour.

Je souhaiterais savoir comment réaliser le fonctionnement pratique d'un réacteur avec "un échange de chaleur constant"(la temperature est en regime transitoire à l'interieur du réacteur)?

En optant pour un echangeur;comme la témperature évolue dans le réacteur le gradiant entre le milieu interieur(réacteur) et exterieur(échangeur) serait variable dans le temps (Q non constant).Il faudrait donc que la T éxterieur évolue paralelement à la T interieur afin de garantir un gradiant constant!

Mais comment cela se passe dans le cas pratique?

Merci bien.
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[LPFR]

Bonjour.
S'il s'agit de chaleur fournie au réacteur c'est simple. Par exemple: on chauffe une résistance à puissance constante (ce qui se fait à tension constante).
S'il s'agit de refroidir le réacteur à puissance constante, alors ça peut être simple ou compliqué, suivant la température du réacteur. Par exemple, si la température est au dessus de 100°, il suffit de lui fournir de l'eau à évaporer à rythme constant.
Si non il faut faire circuler une refroidissant en asservissant la circulation à la chaleur transportée par le liquide refroidissant (débit et différence de température).
Au revoir.

[invite2313209787891133]

Bonjour

Je veux bien répondre à cette question, mais je n'ai rien compris...
Tu veux savoir quoi concrètement, à quelle température le réacteur va monter ? quelle surface d'échange il faut ?

[mau13]

S'il s'agit de refroidir le réacteur à puissance constante, alors ça peut être simple ou compliqué, suivant la température du réacteur. Par exemple, si la température est au dessus de 100°, il suffit de lui fournir de l'eau à évaporer à rythme constant.
Si non il faut faire circuler une refroidissant en asservissant la circulation à la chaleur transportée par le liquide refroidissant (débit et différence de température).

Oui pour la chauffe.
Par contre pour le refroidissement il me faudrait plus de détails.Pour ce qui est du coté pratique je comprends qu'il faudrait placer un échangeur à l'interieur du réacteur, mais comment concevoir l'asservissment adéquat debit temperature afin d'avoir un echange "constant" (et non une isotherme) ?

Bonjour

Je veux bien répondre à cette question, mais je n'ai rien compris...
Tu veux savoir quoi concrètement, à quelle température le réacteur va monter ? quelle surface d'échange il faut ?

Je m'interesse particuliérement au montage pratique...

Merci.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite2313209787891133]

Le montage pratique pour faire quoi concrétement ? Tu dois bien avoir des impératifs.
En principe sur un réacteur on utilise une double enveloppe; un serpentin soudé sur le réacteur lui même.
Pour faire le calcul on peut l'assimiler à un échangeur type co-courant.

[LPFR]

Oui pour la chauffe.
Par contre pour le refroidissement il me faudrait plus de détails.Pour ce qui est du coté pratique je comprends qu'il faudrait placer un échangeur à l'interieur du réacteur, mais comment concevoir l'asservissment adéquat debit temperature afin d'avoir un echange "constant" (et non une isotherme) ?

Re.
Je pense que chaque cas est un cas particulier.
Mais par exemple, vous installez deux sondes température à l'entrée et à la sortie de l'échangeur, un mesureur de débit à la sortie et une vanne contrôlée par un servomécanisme pour régler le débit. Vous branchez les trois capteurs sur une carte d'acquisition de données reliée à un calculateur qui fait le produit du débit par la différence des températures et qui règle la vanne en conséquence.
Mais au lieu d'être une vanne il peut s'agir d'une pompe ou d'un ventilateur.
A+

[mau13]

Le montage pratique pour faire quoi concrétement ? Tu dois bien avoir des impératifs.

Le reacteur est fermé,paramétres non precisés.

Mais par exemple, vous installez deux sondes température à l'entrée et à la sortie de l'échangeur,un mesureur de débit à la sortie et une vanne contrôlée par un servomécanisme pour régler le débit. Vous branchez les trois capteurs sur une carte d'acquisition de données reliée à un calculateur qui fait le produit du débit par la différence des températures et qui règle la vanne en conséquence.
Mais au lieu d'être une vanne il peut s'agir d'une pompe ou d'un ventilateur.
A+

Merci pour cet exemple.
C'est une régulation en "rétroaction";sachant que l'eau arrive toujours à une meme témperature d'entrée (le circuit d'alimentation de l'échangeur étant non fermé!) ne serait il pas préférable de placer la sonde de température à l'intérieur du réacteur cette mesure étant inverssement proportionnelle au debit on agirait directement en conséquent (cela éviterait un temps de rétroaction). Est ce faisable (contraintes techniques) ?

Bonsoir.

[invite2313209787891133]

Le reacteur est fermé,paramétres non precisés.

Je n'ai peut être pas l'habitude de la façon d'aborder un problème à l'école... Dans le cadre de mon boulot si je dis "le réacteur est fermé, paramètres non précisés" on me répondra à coup sur "oui, et c'est tout ?" et je vais passer pour un guignol.

A quoi veux tu arriver concrètement ? Assurer un échange constant ce n'est pas une réponse; j'attendais plutôt quelque chose comme "Avoir une cinétique de température contrôlée, qui consiste à descendre de 1°C toutes les 10 minutes", ou une réponse de ce genre.

[mau13]

Je n'ai peut être pas l'habitude de la façon d'aborder un problème à l'école... Dans le cadre de mon boulot si je dis "le réacteur est fermé, paramètres non précisés" on me répondra à coup sur "oui, et c'est tout ?" et je vais passer pour un guignol.

A quoi veux tu arriver concrètement ? Assurer un échange constant ce n'est pas une réponse; j'attendais plutôt quelque chose comme "Avoir une cinétique de température contrôlée, qui consiste à descendre de 1°C toutes les 10 minutes", ou une réponse de ce genre.

Je comprends ton etonnement...,mais j'ai précisé que l'intéret etait de mettre en oeuvre l'instrumentation qui pérmetrait d'atteindre ce résultat(Q constant).

Si tu as des suggestions de ce coté n'hésites pas.

[invite2313209787891133]

Des solutions il y en a autant que des procédés différents.
On pourrait par exemple utiliser une simple vanne sur un circuit de vapeur; si personne ne touche à la vanne la quantité d'énergie cédée sera constante.

[LPFR]

Le reacteur est fermé,paramétres non precisés.

Merci pour cet exemple.
C'est une régulation en "rétroaction";sachant que l'eau arrive toujours à une meme témperature d'entrée (le circuit d'alimentation de l'échangeur étant non fermé!) ne serait il pas préférable de placer la sonde de température à l'intérieur du réacteur cette mesure étant inverssement proportionnelle au debit on agirait directement en conséquent (cela éviterait un temps de rétroaction). Est ce faisable (contraintes techniques) ?

Bonsoir.

Bonjour.
Non.
Si vous voulez que Q/t soit constant il faut les mesures que j'ai dites. Avec la seule mesure à l'intérieur, vous ne pouvez réguler que la température moyenne.
N'oubliez pas que je vous ai donné un exemple et non la solution universelle.

Vous ne pouvez pas éviter le temps de réponse. Il faut que le système de régulation en tienne compte. Mais vous trouverez partout des régulateurs PID adaptatifs.

Au revoir.

[mau13]

Bonsoir.

Non.
Si vous voulez que Q/t soit constant il faut les mesures que j'ai dites. Avec la seule mesure à l'intérieur, vous ne pouvez réguler que la température moyenne.

Si on "connait" la quantité Q/t , j'ai bien l'impression que la connaissance de T interieur soit suffisant!! , si ce n'est pas le cas...

Des solutions il y en a autant que des procédés différents.
On pourrait par exemple utiliser une simple vanne sur un circuit de vapeur; si personne ne touche à la vanne la quantité d'énergie cédée sera constante.

Mais pourquoi donc?
Comme la T intérieur évolue dans le temps, la DTLM évoluera à son tour ce qui engendrera un flux non constant si on effectue pas de corrections,non?

[invite2313209787891133]

Oui et non; la majorité de l'énergie est cédée par la condensation de la vapeur, par ailleurs le coefficient d'échange est beaucoup plus important entre de la vapeur qui se condense et le métal de l'échangeur qu'entre l'eau condensée chaude et ce même métal. On va donc tendre naturellement vers un échange quasi constant.

Effectivement la quantité d'énergie cédée est plus grande si le contenu du réacteur est froid, mais en pratique on ne voit pas vraiment de différence, du moins dans une approche "génie chimique".

Sinon une solution classique à ce problème est d'utiliser un banal régulateur PID sur la chauffe dont la consigne de température est une rampe programmée.

[mau13]

Bonsoir.

par ailleurs le coefficient d'échange est beaucoup plus important entre de la vapeur qui se condense et le métal de l'échangeur qu'entre l'eau condensée chaude et ce même métal. On va donc tendre naturellement vers un échange quasi constant.

Tu as raison, la resistance interieur va régir le transfert.

Sinon une solution classique à ce problème est d'utiliser un banal régulateur PID sur la chauffe dont la consigne de température est une rampe programmée.

Comment ça une consigne de témperature rampe ? (Tu as en tête un systeme qui différe de celui qu'a proposé LPFR )

[invite2313209787891133]

Comment ça une consigne de témperature rampe ? (Tu as en tête un systeme qui différe de celui qu'a proposé LPFR )

Sur la plupart des supervisions un peu évoluée on peut définir des rampes à volonté, par exemple varier de 10 à 50% en 3 heures de façon linéaire.

On applique ce pourcentage sur la consigne (on peut imaginer que le régulateur a une plage de 0 à 200°C, donc en appliquant une rampe de 10 à 50% la consigne varie de 20 à 100°C), et on laisse réguler.
La vanne automatique se débrouillera toute seule pour assurer le cycle de chauffe que l'on désire (si les paramètres sont bien réglés).

La proposition de LPFR est une approche plus "théorique". Bien que fonctionnant certainement sur une maquette pour donner l'occasion de mettre en application un cours c'est une solution qui ne sera jamais envisagée dans l'industrie.

[mau13]

Merci bien.