Puissance d'un échangeur

[michel27800]

Bonsoir à tous,

Dans le cadre d'un projet dans l'industrie, je dois savoir la puissance qu'un échangeur peut fournir si j'abaisse la température d'entrée du fluide froid:

Une cuve agitée est refroidie et maintenue à une température de 30°C par un serpentin dans lequel circule de l'eau à 15 °C et ressort à 25°C. Le volume intérieur est constant et la puissance à refroidir correspond à une réaction exothermique (+agitation).

Problématique: nous souhaitons refroidir un produit qui demande plus de puissance froid (puissance connue) en changeant la température d'entrée (pas de changement de design, pas d'augmentation de débit, juste la température). Il faut donc calculer la température à laquelle je dois rentrer dans ce serpentin pour maintenir 30°C à l'intérieur. En gros, dans un premier temps, est-ce que mon matériel à cette capacité de refroidissement?

Données connues:
Débit dans le serpentin (100 m3/h), Puissance à apporter, température entrée et sortie du serpentin ACTUELLES, température intérieure actuelle.
Inconnues: nouvelle température d'entrée et puissance froid possible.

Je pensais calculer la puissance actuelle de refroidissement avec les températures d'entrée et sortie + le débit, en déduire une efficacité; considérer l'efficacité constante et incrémenter une température d'entrée pour en déduire une nouvelle puissance et ainsi une nouvelle température d'entrée. Qu'en pensez-vous?
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[albi69]

Bonjour
Supposons un échangeur liquide/liquide de genre tubulaire ou à plaques.
Le système actuel comprend les éléments suivants :
- Un échangeur caractérisé par sa capacité à faire passer un débit avec un régime turbulent, autrement dit, par sa surface d'échange. Aussi bien do côté du liquide de refroidissement que de celui du liquide à refroidir.
- Un débit de circulation du fluide de refroidissement à travers l'échangeur.
- Une température d'entrée du fluide de refroidissement.
- Une température de sortie du fluide de refroidissement.
- Un débit du fluide à refroidir.
- Une température d'entrée du fluide à refroidir.
- Une température de sortie du fluide à refroidir.

La puissance retirée au fluide à refroidir est égale à : Puissance en Kw = Débit en L/heure * Masse volumique en Kg/Litre * Chaleur spécifique en Kcal/Kg/°C * Delta T en °C / 860.
La puissance fournie au liquide de refroidissement est la même. La masse volumique et la chaleur spécifiques sont différents pour les deux fluides.

Actuellement, le système est équilibré, les températures d'entrée et sortie sont connues pour les deux fluides.
On considère que les débits et le rendement de l'échangeur restent constants.
Avec la puissance actuelle :
Si on baisse de 5°C la température d' entrée du fluide de refroidissement, sa température de sortie baissera de 5°C. Car la puissance est proportionnelle au Delta T.
Pour la température de sortie, il faut faire le calcul, la chaleur spécifique et la masse volumique rentrent en jeu.

Concernant la question de la première ligne, la puissance est proportionnelle à la delta T. Mais il faut que cette delta T du liquide de refroidissement puisse se transmettre au liquide à refroidir.
Généralement, quand on cherche à augmenter une puissance de refroidissement avec un échangeur, cela se termine 9 fois sur 10 avec un besoin d'augmenter le débit de l'un ou l'autre fluide. Il faut prendre en compte les températures du fluide à refroidir dans le raisonnement.
PS. La formule ci-dessus n'est pas parfaite, mais dans l'objectif d'une comparaison, elle fait très bien l'affaire.

[RomVi]

Bonjour

Je pensais calculer la puissance actuelle de refroidissement avec les températures d'entrée et sortie + le débit, en déduire une efficacité; considérer l'efficacité constante et incrémenter une température d'entrée pour en déduire une nouvelle puissance et ainsi une nouvelle température d'entrée. Qu'en pensez-vous?

Oui, c'est la bonne démarche.

[michel27800]

Alors, en utilisant P=m*Cp*dT et efficacité E=Qréel/Qmax avec Qmax=m*Cp*dTmax:

Pactuelle (100m3/h; dT de 10)= 1161 kW; Pmaxactuelle=1742kW; E=0.67

Si je pars avec une nouvelle T d'entrée : Pmax = 2903kW d'où Pnouvelle=2903*0.67=1935 kW.
Je recalcule la température de sortie : Ts=21.67°C.

Voilou. Ce qui me dérange c'est que si j'essaye de valider mes calcul avec le P=U*S*dTln je trouve beaucoup moins.

[A voir en vidéo sur Futura]

[RomVi]

Ce calcul est correct, à condition bien sur que la température de la cuve et les conditions d'agitation ne changent pas.
La valeur de U que tu as est peut être fausse. Est-ce que tu peux donner plus de détails : Diamètre et longueur du serpentin, nature du fluide dans la cuve et vitesse d'agitation.

[michel27800]

Le fluide intérieur peut être considéré comme de l'eau.
Serpentin : DN50, 10*10 mètres en parallèle, eau, tuyauterie en inox
Agitation de 1500 mm de diamètre à 100 T/min.

[RomVi]

Bonjour et désolé pour la réponse tardive. Avec ces données on devrait approximativement avoir un coefficient d'échange proche de 400 W/m²K, est-ce le cas ?