Echangeur pour alternateur

[invite16966b7b]

Bonjour,

Je suis bien conscient que ce type de sujet a été maintes fois abordé plus moins directement mais je me retrouve un peu dans l'impasse et je souhaiterai l'avis et l'aide de ceux d'entre vous qui maitrisent ce domaine de la thermodynamique.

Tout d'abord je souhaite une approximation pour savoir si je ne me plante pas de A jusqu'à Z dans mon estimation.

Il s'agit d'un générateur à aimants permanents mu par une turbine hydraulique ( Francis à 500 t/min) que nous avons choisie avec refroidissement liquide afin de minimiser l'impact sonore.
La puissance maxi est de 300 kw électrique et le rendement ( constructeur) de 96.4%
En réalité cet alternateur ne dépassera pas les 250/260 kw.
Je suis parti de l'hypothèse où toutes les pertes en gros 4% sont liées à l'échauffement donc au maxi 12 kw et au régime de fonctionnement envisagé entre 10 et 10.4 kw

Il faut donc évacuer cette chaleur en faisant circuler de l'eau glycocolée autour du générateur ( enveloppe étanche)
La surface d'échange du générateur est en acier et représente 0.96 m² coté bobinage uniquement, le coté extérieur est en contact avec l'air ambiant du local (15 à 18° maxi)
Le débit du circulateur retenu (toutes pertes de charges éliminées) est de minimum 2m3/h

En régime nominal à fond (300 kw) le constructeur indique une température des enroulements maxi à 90°C , on peut donc imaginer 80°C à 250/260 kw

La source d'eau froide est représentée par la rivière t° moyenne de l'eau en hiver de 8 à 10°

L'idée du départ consiste à réaliser un circuit fermé avec antigel circulant d'un coté dans l'alternateur, de l'autre dans un échangeur type drapeau ou échangeur tubulaire dans la rivière.
Nous n'avons pas retenu les échangeurs à plaques ou tubulaire concentrique, car l'eau de rivière est très calcaire, pas forcément propre donc => colmatage assuré à très court terme.

Nous avons "brièvement" essayé un échangeur en tuyau inox spiralé diamètre 35 mm lg 50 m qui semblait donner satisfaction, mais dans la précipitation des essais il avait été mal fixé et mal protégé et a été emporté par la première crue.

Aujourd'hui nous souhaitons repartir avec un échangeur tubulaire type http://www.leboncoin.fr/materiel_agr...550.htm?ca=2_s ou http://www.oratech.fr/category.php?id_category=58

Mais nous souhaiterions valider notre approche.

Nous sommes parti du principe que l'eau de rivière arrive via l'échangeur dans l'alternateur à 10°/11° et la température interne du générateur stabilisée à 80°C .

1) A 80° C et un coeff de transmission thermique de 55 w.m².C° pour l'acier on a bien ( j'en suis pas sûr) DeltaT° = 80 - moyenne T° eau => 65.5 ° et donc une transmission potentielle de seulement 55W x 65.5° x 0.96 m² = soit à peine 3.5 kw/h
Première question comment est-il possible d'envisager une évacuation de 10 Kw mini dans ces conditions sans monter en T° interne. Est-ce que la valeur de 55w /m²/°C est correcte ?

2) Avec un débit de 2000l/h et un réchauffement de l'eau de 8 °C => température de l'eau de sortie de l'alternateur à 18/19° C on a bien une évacuation " potentielle" de 2000 x 8 = 16 000 Kcal soit 18.5 kw. donc tout va bien en débit d'eau

3) Coté échangeur rivière, comment dimensionner cet échangeur en inox de préférence pour évacuer au maxi 12 kw transporté par un fluide à 18/19° et avec une eau de rivière à 9/10°. Nous avions imaginé l'échangeur inox du bon coin qui fait 80 ml en tuyau de 40 mm soit une surface de 10 m².
Ici avec un delta T de 6 ° (pertes de l'échangeur) + 10m² + échangeur inox à 250 w/m²/°c on a bien aussi 15 Kw potentiel d’échange donc on serait OK.

Il ne reste plus que le coté alternateur qui me chiffonne, avec vous un avis ?

Par avance Merci de votre aide

TG
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[invite2313209787891133]

Bonjour

Je ne sais pas d'où vient ce coefficient d'échange, mais il n'est pas réaliste. Je suppose que tu as pris la valeur de conductivité d'un acier. Par ailleurs tes données sont à vérifier ; il est possible de dissiper 12kW avec une surface de 1m², mais ça passe de justesse (il faut une eau très froide dans la double enveloppe).

Si tu en as la possibilité il serait préférable de faire une petite mesure : Il faudrait passer l'eau d'un tuyau d'arrosage dans l'enveloppe, et mesurer l’élévation de température (avant-après) ainsi que le débit d'eau (avec un seau et un chronomètre).

[wizz]

Faites 3 pas en arrière, et essayez de voir ce soucis dans son contexte global
Ce qui est un déchet dans un contexte précis peut devenir une ressource dans un autre contexte

-si vous avez opté pour un refroidissement liquide pour son silence, ça veut dire que vous habitez juste à côté, juste au-dessus. Vous avez un moulin à eau, reconverti en barrage hydro-électrique

-un vieux moulin, c'est un bâtiment en pierre. Il est rare que son propriétaire va faire une isolation par extérieur, afin de garder le cachet du bâtiment. C'est donc un gouffre énergétique à chauffer (sauf si tu es un immigré, d'origine Esquimaud)

-un moulin, ça fonctionne 24/24h, 7/7j, 365j/an, sauf sècheresse sévère...

-vous avez un alternateur dont les pertes thermiques est de l'ordre de la dizaine de kW, potentiellement à haute température

Alors le réflexe, c'est d'utiliser cette chaleur pour vous chauffer!!!
A la sortie de l'alternateur, l'eau est très chaude. Alors ça devra passer par le ballon d'eau chaude sanitaire.
Ensuite, à la sortie du ballon d'eau chaude sanitaire, 2-3 possibilités:
-soit on oriente tout vers le circuit de chauffage de la maison
-soit on oriente tout vers la rivière, en été
-soit une régulation via une vanne 3 voies

Avec une telle source de chaleur gratuite, je mettrai des planchers chauffant partout. Même pas besoin de vanne thermostatique. "Je régulerai avec la fenêtre"



Pour votre échangeur eau-eau avec la rivière, vous pouvez utiliser un échangeur à plaque. Les échangeurs à plaques dans l'industrie sont conçues pour être compactes, et donc les plaques sont très rapprochées les unes des autres. Ce qui n'est pas votre cas
Il vous suffira de trouver un soudeur.
Prendre une longue plaque, en Inox
Plier en deux.
Quelques équerres (inox) à l'intérieur pour éviter d'écraser la plaque.
Souder le pourtour. vous avez un caisson mince
Souder deux tubes de raccordement aux extrémités
Vous avez un échangeur à plaque, mono plaque
Pour éviter le problème de crue, vous pouvez disposer votre échangeur à la sortie de la turbine, ou à l'entrée, après l'écluse. Dans cette partie, le débit d'eau est régulé. Pas de risque de débit excessif comme sur le reste de la rivière

[invite2313209787891133]

Un échangeur à plaque n'est pas très indiqué pour ce cas précis, la meilleur solution est celle que Ticapix a retenu. Pour ce qui est de la surface d'échange nécessaire et une éventuelle récupération il est préférable d'avoir plus de données ; si je m'en tiens aux informations fournies la température en sortie de la double enveloppe devrait être très proche de 10 à 15°C en sortie pour assurer un transfert de 12kW, donc un peu limite pour réchauffer l'ECS...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite16966b7b]

Bonjour,

Merci pour vos avis.

@wizz: Effectivement cela ne m'a pas échappé de faire passer le tout dans un plancher chauffant, puisqu'il y a un bureau au dessus du local turbine.

Sur mon plan d'origine, j'ai prévu le passage de l'eau de la sortie de l'alternateur vers le plancher chauffant , puis retour soit vers alternateur si l'eau est assez froide soit passage vers l'échangeur de la rivière si trop chaude, le tout régulé par une vanne thermostatique.

Lors des essais du début j'ai pu vérifié que cela fonctionnait en revanche la température de sortie de l'alternateur n'était pas assez chaude pour chauffer via le plancher. Le constructeur mentionne un delta T° maxi de 5 à 8 ° mais il ne parle pas de la T° de l'eau entrante !

Pour l'instant on se polarise sur le refroidissement de l'alternateur et une fois que cela sera fait on verra bien si on peut monter un peu la T° de sortie sans nuire au refroidissement de l'alternateur.

@ Dudulle: Quand tu dis " la température en sortie de la double enveloppe devrait être très proche de 10 à 15°C en sortie pour assurer un transfert de 12kW" cela veut dire que tu prends un delta T° de combien ? Quelles sont les infos manquantes ? en dehors de la mesure de l'élévation de T° de l'eau en fonction du débit


Sinon en ce qui concerne le refroidisseur plongé dans la rivière (celui du bon coin) 80 ml en tuyau de 40 mm avez vous une remarque particulière à faire quant à sa puissance ?

Pour avoir déjà essayé des échangeurs à plaques avec de l'eau de rivière en direct cela ne marche pas longtemps. Même avec de l'eau qui parait propre on colmate vite ( micro algues,.....) il faut filtrer et on reporte donc le problème au niveau du filtre qu'il faut à nettoyage automatique........... sans compter qu'un filtre ne protège pas du calcaire. Même en eau froide compte tenu du débit cela fini pas se coller.


TG

[invite2313209787891133]

B@ Dudulle: Quand tu dis " la température en sortie de la double enveloppe devrait être très proche de 10 à 15°C en sortie pour assurer un transfert de 12kW" cela veut dire que tu prends un delta T° de combien ? Quelles sont les infos manquantes ? en dehors de la mesure de l'élévation de T° de l'eau en fonction du débit

Avec une surface d'échange d'environ 1m² et une double enveloppe (donc un coefficient d'échange qui devrait tourner aux alentours de 200) il faut que l'eau soit environ 60°C plus froide que le coté chaud pour céder 12kW, peu importe le débit. Peut être que la quantité de chaleur à dissiper est surestimée, peut être que le coefficient est largement plus grand ou peut être simplement que ce sont les conditions normales de fonctionnement. Sans données supplémentaires difficile de savoir.

Sinon en ce qui concerne le refroidisseur plongé dans la rivière (celui du bon coin) 80 ml en tuyau de 40 mm avez vous une remarque particulière à faire quant à sa puissance ?

Avec une eau glycolée 10°C plus chaude que l'eau de la rivière je trouve une puissance dissipée maximale d'environ 18kW.

[wizz]

Pour avoir déjà essayé des échangeurs à plaques avec de l'eau de rivière en direct cela ne marche pas longtemps. Même avec de l'eau qui parait propre on colmate vite ( micro algues,.....) il faut filtrer et on reporte donc le problème au niveau du filtre qu'il faut à nettoyage automatique........... sans compter qu'un filtre ne protège pas du calcaire. Même en eau froide compte tenu du débit cela fini pas se coller.

je n'ai pas dit un échangeur à plaqueS mais un échangeur avec une plaque: c'est un mince caisson tout simplement

[invite16966b7b]

Bonsoir,

@dudulle: Ok pour l'échangeur rivière j'avais trouvé la même valeur.
En ce qui concerne la quantité de chaleur à éliminer, je suis d'accord on est dans le doute tant que je n'aurais pas fait de mesures plus précises. Normalement on devrait être plus près des 10 kw que des 12.

@wizz: Tout à fait d'accord , c'est ce que j’appelle l'échangeur drapeau. L'avantage de l'échangeur drapeau, c'est qu'il se nettoie plus facilement que des tubes.

Merci à vous tous, je devrais faire les essais en décembre et je reviendrais vous donner mes résultats.

TG

[invite16966b7b]

Bonjour,

Avec un peu de retard je poste mes résultats.

Au final j'ai donc utilisé un échangeur en tube inox de 40 mm de diamètre total 80 ml soit une surface d'environ 10 m2.

Avec l'alternateur à fond 225 kw et une circulation à un débit entre 1.8 et 2m3/h dans l'échangeur , les températures se stabilisent ainsi
T° rivière 6 à 8°
T° Interne du générateur 98 à 102°
T° eau sortie générateur 16 à 17°
T° entrée au générateur ou sortie échangeur placé dans la rivière 12/13°

Si j'augmente le débit dans l'échangeur, il ne se passe quasi rien variation des T° de 1 à 2 ° maxi en moins au niveau interne de l'alternateur, en revanche en dessous de 1.2 m3/h, la température de l'eau en sortie de générateur augmente rapidement à plus de 20° puis celle interne de l'alternateur.

Cela fait maintenant 2 mois que cela ainsi et les T° restent identiques (quand on tourne à fond), car à 180 / 200 kw la température interne descend à 90/95°

J'ai discuté avec le fabricant, on pourrait améliorer (diminuer la t° interne de l'alternateur) au prix d'un allongement du stator mais 30% de cuivre en plus pour 0.8% de rendement en mieux.
Ces températures sont normales pour un générateur avec isolation en classe F/H c'est à dire 130° maxi en fonctionnement pour une résine résistant à 150°. En sachant que ces températures sont à considérer en sus de la t° ambiante (maxi 40°) cela rassure donc au final.

Merci à ceux qui m'ont répondu

Cordialement

Thierry