Evaluation des Performances d'un échangeur dans un ballon d'eau

[invite15ce80a8]

Bonjour,

j'aimerais évaluer les performances d'un échangeur dans un ballon d'eau :
-tube en cuivre diam12mm (int 10)
-fluide caloporteur eau+glycol à 40%
-débit 2L/min
-température du fluide = 80°C
-température de l'eau dans le ballon : 18°C
On suppose que le fluide dans le ballon est immobile.

J'aimerais avoir des conseils sur la démarche que j'ai adoptée :
J'ai calculé le flux dégagé par mètre de conduite.
Pour cela, à partir des caractéristiques de l'eau glycolée j'ai calculé le coefficient d'échange surfacique par convection forcée h1, en fonction de Re, Nu
(Nu=0.023.Re^0.8.Pr^0.33)=>h1. J'applique ensuite une correction pour prendre en compte le fait que ma conduite est spiralée.
Ensuite j'ai le h2 (convection naturelle) grâce au Nu=0.53.(Gr.Pr)^0.25.
Le flux par rayonnement est négligeable en raison de la faible emissivité du cuivre.

Finalement j'obtient h1=3925W/(m2.K) et h2=1600W/(m2.K)
Enfin, en prenant en compte la conduction du cuivre, mon flux écangé par mètres de conduite est 3125W/m.

Ma question est la suivante: sachant que la température est censée decroître le long de mon échangeur, ma démarche est-elle la bonne. Car tous ces calculs reposent sur la température du fluide caloporteur en ENTREE de 80°C???

En fait j'ai un échangeur qui se résume à une conduite spiralée, et j'aimerais connâitre la chaleur qu'il transmet dans le ballon, et la température de l'eau glycolée à la sortie de l'échangeur. Ma démache est-elle la bonne??

Merci de votre aide!!
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[f6bes]

Bjr à toi,
L'échange sera d'autant plus IMPORTANT que la différence de température le sera (eau ballon/ echangeur).
Donc dire QUE l'échange sera de 3125 W/m n'est pas significatif tout au long du processus.
D'autre part tu n'indiques en rien la température en SORTIE de l'échangeur.
C'est ce delta qui compte et il variera avec la montée en température.
3kw d'ECHANGE par métre...j'ai de gros doutes.
Bonne fétes

[invite15ce80a8]

Bonjour,
oui en effet les 3125W/m ne sont pas significatif tout au long du processus. La température de sortie, c'est justement ce que j'aimerais déterminer..
Je ne sais pas comment faire pour connaître l'évolution de la température dans mon échangeur au fur et à mesure de l'échange...

Joyeuses fêtes également!

[f6bes]

Bsr à toi,
Je ne vois qu'un bon logiciel pour faire cela ou maitriser TOUS les paramétres.
Ce qui n'a rien d'évident.
Seule la réalisatio n pratique pourra donner des infos.
Autre paramétre inconnu:...déperdition du ballon au fur et à mesure de la chauffe?

Y a donc BEAUCOUP de chose à connaitre.
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite15ce80a8]

Bonsoir,
Oui c'est vrai que le nombre de paramètres est important.

J'ai la plupart des paramètres en main, et je viens de changer légérement ma démarche. Je pense avoir assez finement évaluer les h. Maintenant je calcule la puissance de mon échangeur (j'ai sa surface) avec la relation : P=US.deltatT(log).
C'est uniquement à ce moment que je fais une hypothèse, non des moindre certes :
Je pose la température de sortie du fluide caloporteur...je ne vois pas comment faire autrement, et même un logiciel me demandera cette valeur non?
Connaissez-vous un logiciel gratuit qui permettrait une telle étude?

Merci.

[invite2313209787891133]

Bonjour

Il n'y a pas besoin de logiciel, ça se calcule assez facilement.
Le plus compliqué est de determiner les coefficients d'échange ; si tu les as tu as fait 90% du boulot.
Mais encore faut il qu'ils sont réalistes; tu as trouvé combien ?

[invite2313209787891133]

Je n'avais pas vu que tu donnais ces valeurs ; j'ai refais les calculs de mon coté.
A l'intérieur du serpentin on a un coefficient d'environ 1800W/m².°C, et coté ballon 40W/m².°C.

Ces valeurs sont indicatives, il faudrait affiner avec la géométrie du serpentin, mais elles ne seront pas très différentes, et elles permettront d'avoir un bon aperçu des performances.
Pour la suite tu ne peux poser l'hypothèse que le liquide sort à la température de l'eau froide, vu que celle ci va dépendre de la longueur du serpentin.
Tu as alors le choix entre déterminer la surface nécessaire pour atteindre une certaine température de sortie, ou utiliser la méthode du NUT pour exprimer l'échange en fonction d'une longueur donnée.
Une dernière remarque: L'emissivité du cuivre ne joue aucun rôle dans ce cas concret.

[invite15ce80a8]

Pièce jointe 0
Bonjour,

Ci joint ma méthode de calcul détaillée, afin d'y voir plus clair... Je fais l'hypothèse pour les calculs que l'eau glycolée sort à 23°C de l'échangeur...Finalement je trouve h1=2450W/(m2.K) et h2=979W/m2.K j'ai uniquement corrigé le h1 avec la géométrie du serpentin, je ne sais pas si le h2 doit être corrigé de la même façon.
J'aimerais qu'on m'indique si le calcul est correct!
Pouvez vous me dire comment vous trouvez vos valeurs, afin de pouvoir comparer, car l'écart est relativement important!

Merci

Merci

[invite2313209787891133]

Quand on effectue une recherche de coefficient d'échange il faut bien prendre garde à utiliser la bonne corrélation, sans quoi on arrive à des résultats délirants, mais plus encore il faut être capable de déterminer grossièrement et sans calcul la plage dans laquelle on doit se trouver en fonction du cas de figure.
Typiquement en convection naturelle dans l'eau on se situe entre 20 et 100W/m².°C; une valeur qui s'écarte largement de cette fourchette ne peut être que fausse.

Je voudrais revenir sur l'hypothèse que tu poses: Celle ci n'est valide que si tu as la longueur de serpentin suffisante, ce qui n'est pas cohérent vu que tu ne la connait pas. Ton approche n'est pas correcte.
En prenant des cas extrêmes si ton tube fait 1cm l'eau glycolée sortira à 80°C; si il est très très long elle sortira à 18°C.

[invite15ce80a8]

J'ai la longueur de mon échangeur : 3.22m. Mais je ne vois pas comment je peut connaître les coeff d'échange si je ne connait pas la température de sortie et vice versa...?

[invite2313209787891133]

Le coefficient d'échange est conditionné par la longueur du tube, mais dès que l'on dépasse 10 diamètres celui ci évolue assez peu, donc il est tout de même possible d'effectuer un dimensionnement.
De toute façon pour aller plus loin il faut obligatoirement utiliser un calcul récursif, qui devient vite hors de portée si on ne passe pas par un logiciel ou un programme.

[invite15ce80a8]

J'avoue que je suis un peu perdu... J'aimerais quand pouvoir évaluer à la main la puissance de cet échangeur, même si les coefficients d'échange ne sont pas ultra précis.
Connaissez vous un logiciel susceptible de m'aider?

[invite15ce80a8]

Une précision :

Typiquement en convection naturelle dans l'eau on se situe entre 20 et 100W/m².°C; une valeur qui s'écarte largement de cette fourchette ne peut être que fausse.

Cette fourchette me semble correcte dans le cas où le tube rempli d'eau est en convection naturelle avec de l'AIR. J'ai utilisé le logiciel EES (Engineering Equation Solver), j'ai fait une un rapide calcul est dans ce cas (avec de l'eau) le résultat est de
943W/m2K...ce qui me parait etrangement proche de mon résultat non?

[invite2313209787891133]

Je ne connais pas ce logiciel, ni comment il fonctionne, mais si tu lui entre exactement la même équation que celle que tu as calculée il est logique qu'il te donne le même résultat.
De mon coté j'ai fais le calcul à la main, j'ai obtenu environ 50, puis je l'ai fait en utilisant un module échangeur double tube sous Prosim et j'ai obtenu 47.
Par ailleurs si on regarde cette page: http://www.engineeringtoolbox.com/co...fer-d_430.html on trouve bien une fourchette entre 20 et 100.

[invite15ce80a8]

bonsoir,
avec EES je n'ai pas rentrer mon équation, j'ai utiliser une fonction insérée dans le logiciel pour la convection naturelle. Merci pour le lien.
Pourriez vous m'indiquer svp la méthode de votre calcul?

Joyeux noël!