Exercice d'application
On désire condenser 0.5 kg.s-1 de vapeur d'eau pure saturée à 1 Atm et 100 °C à l'aide d'eau froide disponible à 10 °C et dont la température de sortie de l'appareil n'excédera pas 40 °C.
Pour cela, on dispose d’un échangeur tubes calandre fonctionnant avec deux passes tubes et une passe calandre. Le diamètre intérieur de la calandre est de 33.7 cm. Le faisceau est constitué de 90 tubes de 19.05 mm de diamètre extérieur et 2.1 mm d’épaisseur (tubes de 3/4 de pouces, en norme 14 BWG), de 2.4 m de long et espacés de 25.4 mm en arrangement carré (entraxe de 1 pouce). Les chicanes transversales sont au nombre de 6, et leur section passante est de 25 %.
Données :
Question
Cet échangeur est-il utilisable ?
Indice
On estimera tout d'abord le débit de fluide froid dans l’installation, puis, par la méthode ∆TML, le coefficient de transfert de chaleur Hnécessaire nécessaire à l'échange.
On calculera ensuite le coefficient de transfert de chaleur Hdisponible disponible dans l’installation. Le coefficient de transfert interne de chaleur hi_diponible sera évalué par la méthode de Kern. Les informations relatives au dimensionnement des condenseurs (calcul du coefficient de transfert externe he_disponible) sont disponibles dans la partie 2c (ci-dessus), calcul des condenseurs.
On cherchera à vérifier le bon fonctionnement du condenseur (Hdisponible > Hnécessaire) tout en limitant la perte de charge dans l'appareil à 1 bar pour chacun des fluides.
Résultat
Oui, l’installation envisagée convient tout à fait !
On trouve un débit d’eau de refroidissement de 9 kg.s-1 , un coefficient global de transfert de chaleur nécessaire Hi_nécessaire de 1521 W.m-2 .K-1 et un coefficient global de transfert de chaleur disponible (dans le cas d’un échangeur horizontal) Hi_disponible de 1650 W.m-2 .K-1 .
On trouve enfin une perte de charge côté tubes de l’ordre de 8000 Pa, et inférieure à 2000 Pa côté calandre, ce qui reste tout à fait dans la limite acceptable.
