[Echangeur] Débit de fluide

[invite954ef096]

Bonjour à tous,
j'effectue en ce moment même une étude sur un échangeur qui ne permet pas de chauffer le fluide froid à la température souhaitée (ce qui est assez embêtant).
Je me suis récemment posé la question des débits des fluides dans cet échangeur (fluide froid : boues ; fluide chaud : eau chauffée à 80°C par une chaudière). Le débit des boues est de 40 m³/h et le débit d'eau de 7m³/h et je me demandais si le fait que le régime d'écoulement soit turbulent (si je ne me suis pas trompé !) pourrait perturber le chauffage du fluide. Ou si vous avez d'autres idées concernant mon problème

Merci d'avance
CDT
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[Philou67]

Discussion déplacée depuis le forum "habitat bioclimatique".
Philou67 pour la modération.

[sitalgo]

B'soir,

L'écoulement turbulent ne peut qu'améliorer l'échange. Maintenant il faut voir la diff de température de l'eau, si elle importante on peut augmenter son débit, l'échangeur sera alors à une température moyenne plus élevée. De plus les turbulences augmenteront.
Si on ne gagne pas assez avec ça alors il faut diminuer le débit de boue.

[invite954ef096]

La température de l'eau diminue très peu (c'est un circuit fermé et la chaudière se remet en route lorsque la température atteint 70°C). Les boues ne gagnent qu'un seul degré et je ne vois pas trop d'où cela peut venir...

CDT

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite954ef096]

Il y a un élément nouveau : c'est un process de digestion, le but est donc de créer du biogaz grâce aux boues (théoriquement à 35°C, température non atteinte...). Il y a donc du gaz qui circule avec les boues. Je ne connais pas trop l'impact du gaz mais je pense qu'il diminue fortement l'échange dans l'échangeur ! Est ce possible ?

Cordialement

[sitalgo]

Pour la quantité de gaz par biomasse, ça gêne l'efficacité mais il faut voir le rapport du volume occupé par les bulles, ça ne doit pas être énorme. Au pif Le lambda (W/m.°K) de la boue devrait diminuer proportionnellement.

Il faut peut-être augmenter la surface d'échange, 11 litres/s c'est pas rien.

[invite954ef096]

Le diamètre de la conduite des boues est de 168 mm et la longueur de l'échangeur est de 8m.
Je n'ai pas de moyen pour connaître le volume de gaz dans les tuyaux mais en revanche, je sais qu'il faut purger les tuyaux souvent et on entend s'échapper le gaz pendant un long moment avant de voir de la boue !
C'est sûr que les débits sont important mais j'ai calculé l'efficacité de cet échangeur qui est de 2% >.<
Je ne pense donc pas que la surface d'échange à elle seul explique ce phénomène (même si elle y joue aussi un rôle je pense)!

CDT

[sitalgo]

On en apprend un peu plus à chaque message, essaye de fournir un schéma et des caractéristiques intéressantes de l'installation tout de suite.

A 0,5m/s dans du 168mm de diamètre je n'ai pas calculé mais je ne pense pas qu'il y ait beaucoup de turbulences.
Le système revient à chauffer sur 1 mètre 22 litres de boue en 16 s, faut pas que la boue soit trop froide.

[invite954ef096]

Oui tu as raison récapitulons :
-échangeur tubulaire de longueur 8m, passage des boues diamètre 168 mm (je ne connais pas pour l'eau...)
-les boues entrent dans l'échangeur à environ 29°C (cela varie de jour en jour) et en ressortent à 30°C (idem). Pour résumer, la température des boues n'augmentent jamais de plus qu'un degré entre l'entrée et la sortie.
-l'eau est chauffée par une chaudière, alimenté par le biogaz récupéré, à 80°C. C'est un circuit fermé et la chaudière se remet en route dès que l'eau atteint 70°C
-Débit de boue :40 m³/h
-Débit d'eau : 7 m³/h

Voila toutes les infos que j'ai à ma disposition. Pour les turbulences, je trouve un Re de 13 000.

Merci à toi pour le temps accordé
CDT

[sitalgo]

On peut vérifier la résistance thermique du tuyau, celui-ci doit pouvoir laisser passer la puissance nécessaire pour chauffer la boue.

On considère l'eau à 70°, la boue à sa température moyenne d'entrée.

On détermine la puissance nécessaire pour chauffer la boue (on a débit, chaleur massique, temps)

Il faut connaître la composition du tuyau (PVC, fonte cimentée) et l(es) épaisseur(s).
A partir de là on détermine le coef K du tuyau, je ne connais pas les coef de surface pour l'eau (couche limite, si l'épaisseur du tuyau est mince et lambda élevé, ça augmente l'erreur de le négliger).

Avec la surface du tuyau on connaît donc la puissance transmise pour la différence de temp eau/boue.

[invite954ef096]

Le coeff K dont tu parles est bien égal à : 1/((1/hi)+(SOMME e/lda)+(1/he)) ?
Avec h les coeff de convection ext/int, lda la conductivité du matériau et e l'épaisseur.
Et la puissance transmise est donc : K*S*Delta T

Merci de confirmer
CDT

[sitalgo]

C'est cela même.

[invite954ef096]

J'ai calculé l'énergie nécessaire pour chauffer les boues (Q*masse volumique*chaleur massique*Delta T), et en fonction de cette valeur, je peux trouver la puissance que dois avoir la chaudière (en prenant un rendement de 0,8). Il semblerait que l'installation soit sous dimensionnée et donc, c'est normal que les boues ne se réchauffent suffisamment dans l'échangeur !

Encore merci sitalgo pour le temps et l'aide (précieuse) apportée !
CDT